RU80449U1 - DEVICE FOR GAS CONVERSION IN MICROWAVE DISCHARGE PLASMA - Google Patents
DEVICE FOR GAS CONVERSION IN MICROWAVE DISCHARGE PLASMA Download PDFInfo
- Publication number
- RU80449U1 RU80449U1 RU2008139246/22U RU2008139246U RU80449U1 RU 80449 U1 RU80449 U1 RU 80449U1 RU 2008139246/22 U RU2008139246/22 U RU 2008139246/22U RU 2008139246 U RU2008139246 U RU 2008139246U RU 80449 U1 RU80449 U1 RU 80449U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reaction chamber
- microwave
- gas
- waveguide
- gases
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к нефтехимической, газовой и химической отраслям промышленности, в частности к установкам для плазмохимических процессов получения продуктов, и может быть использована для переработки газов, углеводородного сырья, в том числе с высоким содержанием соединений серы, получения водородсодержащих газов и высокодисперсных порошков. Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание устройства простого в изготовлении и не включающего дорогостоящих механических и электронных устройств, позволяющего использовать в качестве сырья широкий спектр газообразных углеводородов. Для решения поставленной задачи устройство для конверсии газов в плазме СВЧ-разряда содержит реакционную камеру, генератор микроволновых колебаний и волновод, снабжено буферной емкостью для последовательной подачи в реакционную камеру, выполненную в виде кварцевой цилиндрической трубки аргона и углеводородных газов, смешанных с, по крайней мере, одним газом, выбранным из ряда: углекислый газ, кислород и воздух, и блоком питания переменной мощности, соединенным с генератором микроволновых колебаний, причем волновод выполнен в виде цилиндрических коаксиально расположенных внешнего и внутреннего электродов, размещенных снаружи и внутри реакционной камеры соответственно, реакционная камера и волновод смонтированы на генераторе микроволновых колебаний, внутренний электрод изготовлен заостренным на конце, а в торце реакционной камеры выполнено отверстие для вывода целевого продукта. 2 ил.The utility model relates to the petrochemical, gas, and chemical industries, in particular, to plants for plasma-chemical processes for producing products, and can be used for processing gases, hydrocarbon feedstocks, including those with a high content of sulfur compounds, and the production of hydrogen-containing gases and highly dispersed powders. The task to which the proposed utility model is directed is to create a device that is easy to manufacture and does not include expensive mechanical and electronic devices, which allows using a wide range of gaseous hydrocarbons as raw materials. To solve the problem, a device for converting gases in a microwave plasma contains a reaction chamber, a microwave oscillator and a waveguide, equipped with a buffer tank for sequential supply to the reaction chamber, made in the form of a quartz cylindrical tube of argon and hydrocarbon gases mixed with at least , one gas selected from the series: carbon dioxide, oxygen and air, and a variable power supply unit connected to a microwave oscillation generator, the waveguide being made in the form of qi -cylindrical coaxial inner and outer electrodes arranged inside and outside the reaction chamber, respectively, the reaction chamber and a waveguide mounted on the generator of microwave oscillations, the inner electrode is made on the pointed end, and a reaction chamber end, an opening for output of the target product. 2 ill.
Description
Полезная модель относится к нефтехимической, газовой и химической отраслям промышленности, в частности к установкам для плазмохимических процессов получения продуктов, и может быть использована для переработки газов, углеводородного сырья, в том числе с высоким содержанием соединений серы, получения водородсодержащих газов и высокодисперсных порошков.The utility model relates to the petrochemical, gas, and chemical industries, in particular, to plants for plasma-chemical processes for producing products, and can be used for processing gases, hydrocarbon feedstocks, including those with a high content of sulfur compounds, and the production of hydrogen-containing gases and highly dispersed powders.
Плазменная техника используется в различных областях промышленности - получении высокодисперсных порошков и наноматериалов, поверхностной обработки материалов, конверсии газов.Plasma technology is used in various industries - obtaining highly dispersed powders and nanomaterials, surface treatment of materials, gas conversion.
Известно устройство для получения водорода разложением аммиака или других газов, содержащих атомы водорода [патент US №7037484 В1, МПК С01В 3/02, 2006], состоящее из резонатора, разделенного диэлектрическим диафрагмой во избежание контакта газа с антенной, антенны, генератора микроволновых колебаний, инжектора и выпускного клапана. Аммиак или другой газ, содержащий атомы водорода, вводят через инжектор в резонатор, где под действием электромагнитного поля, созданного антенной, зажигается СВЧ-разряд и происходит термическое разложение газа на водород и побочные продукты. Полученную газовую смесь выводят через выпускной клапан и разделяют.A device for producing hydrogen by the decomposition of ammonia or other gases containing hydrogen atoms [US patent No. 7037484 B1, IPC C01B 3/02, 2006], consisting of a resonator separated by a dielectric diaphragm to prevent contact of the gas with the antenna, antenna, microwave oscillator, injector and exhaust valve. Ammonia or another gas containing hydrogen atoms is injected through the injector into the cavity, where, under the influence of the electromagnetic field created by the antenna, a microwave discharge is ignited and the gas decomposes into hydrogen and by-products. The resulting gas mixture is discharged through an exhaust valve and separated.
Недостатками известного устройства являются: сложность инициирования безэлектродного разряда, необходимость высокоточного исполнения резонаторной камеры, сложность масштабирования конструкции, ограниченность использования известного устройства процессами разложения аммиака и метана с образованием побочных продуктов.The disadvantages of the known device are: the complexity of initiating an electrodeless discharge, the need for high-precision execution of the resonator chamber, the complexity of scaling the design, the limited use of the known device by the decomposition of ammonia and methane with the formation of by-products.
Известно устройство для преобразования ископаемых топлив в водородсодержащий газ [заявка WO №0109031, МПК С01В 3/34, 2001], содержащее нагреватель для воздуха, испарители для воды и топлива, теплообменник, смеситель, реакционную камеру, генератор микроволновых колебаний, резонатор, инициатор разряда и циклонный теплообменник. Устройство работает следующим образом. Предварительно нагревают воздух с A device is known for converting fossil fuels into a hydrogen-containing gas [application WO No. 0109031, IPC С01В 3/34, 2001], comprising a heater for air, evaporators for water and fuel, a heat exchanger, a mixer, a reaction chamber, a microwave oscillator, a resonator, a discharge initiator and cyclone heat exchanger. The device operates as follows. Preheat the air with
помощью дугового плазматрона, испаряют воду и топливо в испарителях, дополнительно нагревают воздух и водяной пар с помощью теплообменника за счет рециркулируемого тепла, смешивают воздух с парами воды и топлива, затем инициируют СВЧ-разряд в реакционной камере, обрабатывают получившуюся смесь микроволновым излучением в реакционной камере, разделяют и охлаждают продукты реакции в циклонном теплообменнике, отводя при этом рециркулируемое тепло.using an arc plasmatron, water and fuel are evaporated in evaporators, air and water vapor are additionally heated using a heat exchanger due to recirculated heat, air is mixed with water and fuel vapors, then a microwave discharge is initiated in the reaction chamber, the resulting mixture is treated with microwave radiation in the reaction chamber , separate and cool the reaction products in a cyclone heat exchanger, while removing the recirculated heat.
Недостатками данного устройства являются: сложность конструкции, необходимость предварительного нагрева ископаемого топлива, что снижает энергоэффективность процесса, необходимость высокоточного исполнения резонаторной камеры.The disadvantages of this device are: the complexity of the design, the need for preheating of fossil fuels, which reduces the energy efficiency of the process, the need for high-precision execution of the resonator chamber.
Известно устройство для получения водорода из углеводородных топлив [заявка WO №2007116225, МПК С01В 3/34. 2007], состоящее из смесителя, теплообменников, реакционной камеры, генератора микроволновых колебаний, двух электродов, расположенных друг напротив друга в реакционной камере, причем один из электродов выполнен полым и служит для выведения продукта из реакционной камеры, а газовая смесь подается в реакционную камеру под углом таким образом, что движение газов в реакционной камере является вихревым. Исходная газовая смесь подвергается действию плазмы СВЧ-разряда при прохождении через зазор между электродами и преобразуется в водородсодержащий газ, который удаляется через полый электрод.A device for producing hydrogen from hydrocarbon fuels is known [application WO No. 2007116225, IPC C01B 3/34. 2007], consisting of a mixer, heat exchangers, a reaction chamber, a microwave oscillation generator, two electrodes located opposite each other in the reaction chamber, one of the electrodes being hollow and used to remove the product from the reaction chamber, and the gas mixture is fed into the reaction chamber under angle so that the movement of gases in the reaction chamber is vortex. The initial gas mixture is exposed to a microwave discharge plasma when passing through the gap between the electrodes and is converted into a hydrogen-containing gas, which is removed through the hollow electrode.
Недостатками данного устройства являются: необходимость высокоточного исполнения реакционной камеры для нахождения электродов вблизи максимума микроволнового поля, наличие малых зазоров в конструкции, в том числе между электродами (около 0,2 мм), что повышает газодинамическое сопротивление конструкции и ограничивает расход газа, вызывает интенсивную эмиссию одного из электродов и ограничивает время непрерывной работы устройства.The disadvantages of this device are: the need for high-precision execution of the reaction chamber to locate the electrodes near the maximum of the microwave field, the presence of small gaps in the structure, including between the electrodes (about 0.2 mm), which increases the gas-dynamic resistance of the structure and limits the gas flow rate, causes intense emission one of the electrodes and limits the time of continuous operation of the device.
Известно устройство для получения порошков распылением в плазме при атмосферном давлении, с безэлектродным зажиганием плазменного факела [заявка DE №102005015757, МПК Н05Н 1/46, 2006], включающее генератор микроволновых колебаний, волновод, трубку, играющую роль реакционной камеры, приспособление для ввода порошка, сборник целевого продукта. Устройство работает следующим образом. Порошок вводят в трубку, играющую A device for producing powders by spraying in a plasma at atmospheric pressure, with electrodeless ignition of a plasma torch [DE application No. 102005015757, IPC Н05Н 1/46, 2006], including a microwave oscillator, a waveguide, a tube playing the role of a reaction chamber, a device for introducing powder , the collection of the target product. The device operates as follows. The powder is introduced into the tube playing
роль реакционной камеры, которая пронизывает волновод таким образом, чтобы максимум электромагнитного поля, создаваемого генератором микроволновых колебаний. В трубке инициируют безэлектродный СВЧ-разряд, через которую пропускают газ-носитель с порошком.the role of the reaction chamber, which penetrates the waveguide so that the maximum electromagnetic field generated by the microwave oscillator. An electrodeless microwave discharge is initiated in the tube through which a carrier gas with powder is passed.
Недостатками данного устройства являются ограниченность ассортимента получаемых порошков, наличие элементов конструкции, на которых может происходить отложение и спекание порошков, что приводит к выходу установки из строя.The disadvantages of this device are the limited range of powders obtained, the presence of structural elements on which deposits and sintering of powders can occur, which leads to the failure of the installation.
Известна установка для получения нанодисперсных порошков в плазме СВЧ разряда [патент РФ №2252817, МПК B01J 19/08, 2005], которая включает технологически связанные между собой микроволновой генератор, СВЧ плазмотрон, формирователь газового потока, разрядную камеру, поглотитель микроволнового излучения, реакционную камеру, теплообменник, фильтр-сборник целевого продукта, дополнительное устройство для ввода в реакционную камеру исходных реагентов в парообразном и жидкокапельном состояниях. Исходные реагенты вводят в поток плазмообразующего газа реакционной камеры, производят плазмохимический синтез реагентов, охлаждение целевого продукта и его выделение из реакционной зоны через фильтр-сборник, при этом исходные реагенты вводят в поток плазмообразующего газа в любом агрегатном состоянии: парообразном, порошкообразном, жидкокапельном или в любой их комбинации.A known installation for producing nanodispersed powders in a microwave discharge plasma [RF patent No. 2252817, IPC B01J 19/08, 2005], which includes a technologically connected microwave generator, microwave plasmatron, gas flow former, discharge chamber, microwave absorber, reaction chamber , heat exchanger, filter-collector of the target product, an additional device for introducing into the reaction chamber the starting reagents in vapor and liquid droplet states. The starting reagents are introduced into the plasma-forming gas stream of the reaction chamber, plasma-chemical synthesis of the reagents is carried out, the target product is cooled and it is isolated from the reaction zone through the filter collector, while the starting reagents are introduced into the plasma-forming gas stream in any aggregate state: vaporous, powdery, liquid droplet, or in any combination of them.
Недостатками известной установки являются: сложность конструкции и изготовления обуславливает высокую стоимость известной установки. Наличие движущихся частей и сравнительно малых зазоров требует высокой точности изготовления деталей. Требуются специальная подготовка реагентов и дополнительные приспособления для введения реагентов в реакционную камеру. Использование коррозионно-активных реагентов требует нанесения дополнительного химически стойкого покрытия на внутренние поверхности известной установки: поверхности реакционной камеры, теплообменника, узлов ввода исходных реагентов, корпуса фильтра. Конструктивные особенности установки не позволяют осуществить инициирование пробоя плазмообразующего газа без вспомогательного оборудования (т.е. пробой должен осуществляться с помощью внешнего инициатора). Требуется применение закалочного газа для охлаждения частиц и получения на их поверхности защитного оксидного покрытия.The disadvantages of the known installation are: the complexity of the design and manufacture leads to the high cost of the known installation. The presence of moving parts and relatively small gaps requires high precision manufacturing of parts. Special preparation of reagents and additional devices for introducing reagents into the reaction chamber are required. The use of corrosive reactants requires the application of an additional chemically resistant coating on the internal surfaces of a known installation: the surface of the reaction chamber, heat exchanger, input nodes of the starting reagents, filter housing. The design features of the installation do not allow the initiation of breakdown of a plasma-forming gas without auxiliary equipment (i.e., the breakdown must be carried out using an external initiator). The use of quenching gas is required to cool the particles and obtain a protective oxide coating on their surface.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является установка для конверсии газов с целью получения водорода в плазме СВЧ-разряда [заявка ЕР №1881944, МПК С01В 3/02, 2008].The closest in technical essence to the claimed utility model is a plant for the conversion of gases in order to produce hydrogen in a microwave plasma discharge [application EP No. 1881944, IPC С01В 3/02, 2008].
Установка включает реакционную камеру, блок подачи газа, генератор микроволновых колебаний, волновод, блок откачки газа и сепаратор. Установка работает следующим образом: из реакционной камеры откачивают газ для поддержания в ней пониженного давления, пропускают углеводородный газ через реакционную камеру, обрабатывают газ микроволновым излучением, разлагают газ на углерод и водород, выделяют водород из образовавшейся смеси.The installation includes a reaction chamber, a gas supply unit, a microwave oscillation generator, a waveguide, a gas pumping unit, and a separator. The installation works as follows: gas is pumped out of the reaction chamber to maintain a reduced pressure in it, hydrocarbon gas is passed through the reaction chamber, the gas is treated with microwave radiation, the gas is decomposed into carbon and hydrogen, and hydrogen is separated from the resulting mixture.
Недостатками известного устройства являются: необходимость поддержания пониженного давления в реакционной камере, что снижает энергоэффективность устройства и ограничивает его производительность, образование побочного продукта - углерода, что вызывает необходимость его удаления из реакционной камеры и вызывает опасность выведения устройства из строя при отложении углерода на деталях. Также недостатком является то, что в качестве исходного сырья в известном устройстве используется только метан.The disadvantages of the known device are: the need to maintain reduced pressure in the reaction chamber, which reduces the energy efficiency of the device and limits its productivity, the formation of a by-product of carbon, which necessitates its removal from the reaction chamber and causes the risk of damage to the device when carbon is deposited on the parts. Another disadvantage is that only methane is used as a feedstock in the known device.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание устройства простого в изготовлении и не включающего дорогостоящих механических и электронных устройств, позволяющего использовать в качестве сырья газов, углеводородного сырья, в том числе с высоким содержанием соединений серы.The problem to which the proposed utility model is directed is to create a device that is easy to manufacture and does not include expensive mechanical and electronic devices, which allows the use of gases, hydrocarbon materials, including those with a high content of sulfur compounds, as raw materials.
Для решения поставленной задачи устройство для конверсии газов в плазме СВЧ-разряда содержит реакционную камеру, генератор микроволновых колебаний и волновод, снабжено буферной емкостью для последовательной подачи в реакционную камеру, выполненную в виде кварцевой цилиндрической трубки, аргона и углеводородных газов, смешанных с, по крайней мере, одним газом, выбранным из ряда: углекислый газ, кислород и воздух, и блоком питания переменной мощности, соединенным с генератором микроволновых колебаний, причем волновод выполнен в виде цилиндрических коаксиально расположенных внешнего и внутреннего электродов, размещенных снаружи и внутри реакционной камеры соответственно, реакционная камера и волновод размещены на генераторе микроволновых колебаний, внутренний электрод изготовлен заостренным на конце, в торце реакционной камеры выполнено отверстие для вывода целевого продукта.To solve the problem, a device for converting gases in a microwave plasma contains a reaction chamber, a microwave oscillator and a waveguide, equipped with a buffer tank for sequential supply to the reaction chamber, made in the form of a quartz cylindrical tube, argon and hydrocarbon gases mixed with at least at least one gas selected from the series: carbon dioxide, oxygen, and air, and a variable power supply unit connected to a microwave oscillation generator, the waveguide being made in the form of cyli coaxially located external and internal electrodes located outside and inside the reaction chamber, respectively, the reaction chamber and the waveguide are placed on the microwave oscillator, the inner electrode is made pointed at the end, an opening is made in the end of the reaction chamber for outputting the target product.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется следующими фигурами.The proposed utility model is illustrated by the following figures.
На фиг.1 представлено устройство для конверсии газов с получением водородсодержащих газов.Figure 1 shows a device for the conversion of gases to produce hydrogen-containing gases.
На фиг.2 представлено устройство для конверсии газов с получением высокодисперсных порошков.Figure 2 presents a device for the conversion of gases to obtain highly dispersed powders.
Устройство включает технологически связанные: буферную емкость смешения 1, реакционную камеру 2, источник питания 3, генератор микроволновых колебаний (магнетрон) 4, внешний электрод 5, внутренний электрод 6, фильтр-сборник 7.The device includes technologically related: buffer mixing tank 1, reaction chamber 2, power supply 3, microwave oscillator (magnetron) 4, external electrode 5, internal electrode 6, filter collector 7.
Плазмообразующий газ-аргон - через буферную емкость 1, предназначенную для сглаживания пульсаций давления в рабочей камере, подают в реакционную камеру 2, выполненную из кварцевой трубки.Plasma-forming gas-argon through a buffer tank 1, designed to smooth out pressure pulsations in the working chamber, is fed into the reaction chamber 2, made of a quartz tube.
После включения источника питания 3 магнетрон 4 генерирует СВЧ-поле. Генератор микроволновых колебаний 4 соединен с коаксиальным волноводом, состоящим из внешнего электрода 5 и внутреннего электрода 6. При этом внешний электрод выполнен длиннее внутреннего. В качестве внешнего электрода используют металлическую сетку, в качестве внутреннего электрода - металлический стержень, заостренный на конце для облегчения пробоя плазмообразующего газа. В случае получения вородсодержащих газов внутренний электрод изготовлен из тантала. В случае получения высокодисперсных порошков внутренний электрод может быть изготовлен, например, из молибдена, вольфрама, титана, ковара. Длина внутреннего электрода подобрана таким образом, что на его конце достигается максимум электрического поля. Применение аргона в качестве плазмообразующего газа и заостренного на конце внутреннего электрода определенной длины обеспечивает пробой газа при атмосферном давлении без внешних инициаторов и получение стабильного плазменного факела в реакционной камере 2. При использовании в качестве плазмообразующего газа-аргона не наблюдается эмиссия вещества с поверхности внутреннего электрода.After turning on the power source 3, the magnetron 4 generates a microwave field. The microwave oscillator 4 is connected to a coaxial waveguide consisting of an external electrode 5 and an internal electrode 6. The external electrode is longer than the internal one. A metal mesh is used as the external electrode, and a metal rod pointed at the end to facilitate the breakdown of the plasma-forming gas is used as the internal electrode. In the case of hydrogen-containing gases, the inner electrode is made of tantalum. In the case of obtaining fine powders, the inner electrode can be made, for example, of molybdenum, tungsten, titanium, Kovar. The length of the internal electrode is selected in such a way that a maximum of the electric field is reached at its end. The use of argon as a plasma-forming gas and pointed at the end of the internal electrode of a certain length provides a breakdown of the gas at atmospheric pressure without external initiators and a stable plasma torch in the reaction chamber 2. When used as a plasma-forming argon gas, no emission of material from the surface of the internal electrode is observed.
После стабилизации плазменного факела аргон замещают на рабочий газ (азот, углекислый газ, углеводородные газы), вводимый через буферную емкость 1. При этом вблизи заостренного конца внутреннего электрода возникает максимум поля и температуры, область плазмы захватывает конец внутреннего электрода. На выходе из факела происходит образование частиц целевого After stabilization of the plasma torch, argon is replaced by a working gas (nitrogen, carbon dioxide, hydrocarbon gases) introduced through buffer tank 1. At the same time, near the pointed end of the inner electrode, a maximum of field and temperature appears, the plasma region captures the end of the inner electrode. At the exit of the torch, the formation of particles of the target occurs.
продукта. В случае получения высокодисперсных порошков происходит эмиссия материала внутреннего электрода в плазму. При получении высокодисперсных порошков образовавшуюся в результате конверсии пылегазовую смесь подают в фильтр-сборник 7 для осаждения высокодисперсного порошка. Состав получаемого продукта зависит от состава исходных газов и материала внутреннего электрода.product. In the case of obtaining fine powders, the emission of the material of the internal electrode into the plasma occurs. Upon receipt of the fine powders, the resulting dust-gas mixture resulting from the conversion is fed to the filter collector 7 for the deposition of the fine powder. The composition of the product obtained depends on the composition of the feed gases and the material of the internal electrode.
Конструкция устройства позволяет надежно генерировать плазменную струю вблизи внутреннего электрода с помощью обычного (используемого в микроволновых печах) магнетрона, имеющего мощность менее 1 кВт и частоту излучения 2,45 ГГц.The design of the device makes it possible to reliably generate a plasma jet near the internal electrode using a conventional (used in microwave ovens) magnetron having a power of less than 1 kW and a radiation frequency of 2.45 GHz.
Предлагаемое устройство иллюстрируется следующими примерами.The proposed device is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Плазмообразующий газ аргон через буферную емкость подают в реакционную камеру, выполненную из кварцевой трубки. Внутренний электрод выполнен из тантала. После включения источника питания магнетрон генерирует СВЧ-поле. Применение аргона в качестве плазмообразующего газа и заостренного на конце внутреннего электрода определенной длины обеспечивает пробой газа при атмосферном давлении без внешних инициаторов и получение стабильного плазменного факела в реакционной камере. После стабилизации плазменного факела аргон замещают на рабочую газовую смесь, состоящую из углекислого газа и метана в соотношении 60:40, которую подают через буферную емкость смешения, при этом подачу аргона прекращают.Argon plasma-forming gas is fed through a buffer tank into a reaction chamber made of a quartz tube. The inner electrode is made of tantalum. After turning on the power source, the magnetron generates a microwave field. The use of argon as a plasma-forming gas and pointed at the end of the internal electrode of a certain length provides a breakdown of the gas at atmospheric pressure without external initiators and obtaining a stable plasma torch in the reaction chamber. After stabilization of the plasma torch, argon is replaced by a working gas mixture consisting of carbon dioxide and methane in a ratio of 60:40, which is fed through a mixing buffer tank, while the flow of argon is stopped.
Расход газовой смеси варьируют от 200 л/ч до 500 л/ч. Ввод СВЧ энергии осуществляют источником питания с регулируемой мощностью от 200 до 1000 Вт. Энергозатраты на получение водородсодержащего газа при отношении Н2:СО=1:1 составляют 1-1,1 кВт·ч/м3.The flow rate of the gas mixture varies from 200 l / h to 500 l / h. The input of microwave energy is carried out by a power source with adjustable power from 200 to 1000 watts. The energy consumption for obtaining a hydrogen-containing gas with a ratio of H 2 : CO = 1: 1 is 1-1.1 kW · h / m 3 .
Пример 2.Example 2
Для получения водородсодержащего газа (смесь H2 и СО в соотношении 2:1) после подачи аргона в буферную емкость смешения подают смесь воздуха и метана в соотношении 5:1. Расход газовой смеси составляет от 200 л/ч до 500 л/ч. Ввод СВЧ энергии осуществляют источником питания с регулируемой мощностью от 200 до 1000 Вт. Внутренний электрод выполнен из тантала. Энергозатраты на получение водородсодержащего газа при отношении Н2:СО=2:1 составляют 1,1-1,2 кВт·ч/м3.To obtain a hydrogen-containing gas (a mixture of H 2 and CO in a ratio of 2: 1) after feeding argon into the mixing buffer tank, a mixture of air and methane in a ratio of 5: 1 is fed. The flow rate of the gas mixture is from 200 l / h to 500 l / h. The input of microwave energy is carried out by a power source with adjustable power from 200 to 1000 watts. The inner electrode is made of tantalum. The energy consumption for obtaining a hydrogen-containing gas with a ratio of H 2 : CO = 2: 1 is 1.1-1.2 kW · h / m 3 .
Пример 3.Example 3
Плазмообразующий газ аргон через буферную емкость подают в реакционную камеру, выполненную из кварцевой трубки. В качестве материала внутреннего электрода используют вольфрам. После стабилизации плазменного факела аргон замещают на углекислый газ. После установления стационарного состояния газовой смеси в рабочей камере происходит наработка ультрадисперсного порошка оксида вольфрама, который собирают в фильтр-сборник. Расход газа варьируют от 300 л/ч до 900 л/ч. Ввод СВЧ энергии осуществляют источником питания регулируемой мощности 250-800 Вт. Средний размер получаемых частиц оксида вольфрама составляет 30 нм.Argon plasma-forming gas is fed through a buffer tank into a reaction chamber made of a quartz tube. As the material of the inner electrode, tungsten is used. After stabilization of the plasma torch, argon is replaced with carbon dioxide. After the stationary state of the gas mixture is established in the working chamber, an ultrafine tungsten oxide powder is produced, which is collected in a filter collector. Gas flow rates range from 300 l / h to 900 l / h. The input of microwave energy is carried out by a regulated power source of 250-800 watts. The average particle size of the obtained tungsten oxide particles is 30 nm.
Пример 4.Example 4
Для получения высокодисперсного порошка оксида молибдена в качестве материала внутреннего электрода используют молибден. В качестве рабочего газа используют воздух. Расход газа варьируют от 300 л/ч до 900 л/ч. Ввод СВЧ энергии осуществляют источником питания регулируемой мощности 250-800 Вт. Полученный продукт - оксид молибдена - собирают в фильтр-сборник продукта. Средний размер получаемых частиц оксида молибдена составляет 20 нм.To obtain a fine powder of molybdenum oxide, molybdenum is used as the material of the inner electrode. Air is used as a working gas. Gas flow rates range from 300 l / h to 900 l / h. The input of microwave energy is carried out by a regulated power source of 250-800 watts. The resulting product — molybdenum oxide — is collected in a product filter collector. The average particle size of the obtained molybdenum oxide particles is 20 nm.
Пример 5.Example 5
Для получения высокодисперсного порошка нитрида титана в качестве материала внутреннего электрода используют титан. В качестве рабочего газа используют азот. Расход газа варьируют от 300 л/ч до 900 л/ч. Ввод СВЧ энергии осуществляют источником питания регулируемой мощности 250-800 Вт. Получают высокодисперсный порошок нитрида титана со средним размером частиц 80 нм.To obtain a fine powder of titanium nitride, titanium is used as the material of the inner electrode. Nitrogen is used as the working gas. Gas flow rates range from 300 l / h to 900 l / h. The input of microwave energy is carried out by a regulated power source of 250-800 watts. A highly dispersed titanium nitride powder with an average particle size of 80 nm is obtained.
Пример 6.Example 6
Для получения высокодисперсного порошка смеси оксидов металлов в качестве материала внутреннего электрода используют ковар (сплав на основе железа, содержащий 18% Со и 29% Ni). В качестве рабочего газа используют углекислый газ. Расход газа варьируют от 300 л/ч до 900 л/ч. Ввод СВЧ энергии осуществляют источником питания регулируемой мощности 250-800 Вт. Полученный продукт - смесь оксидов металлов собирают в фильтр-сборнике. Средний размер получаемых частиц оксидов металлов составляет 80-100 нм.To obtain a fine powder of a mixture of metal oxides, Kovar (an iron-based alloy containing 18% Co and 29% Ni) is used as the material of the internal electrode. Carbon dioxide is used as the working gas. Gas flow rates range from 300 l / h to 900 l / h. The input of microwave energy is carried out by a regulated power source of 250-800 watts. The resulting product is a mixture of metal oxides collected in a filter collector. The average particle size of the obtained metal oxides is 80-100 nm.
Предлагаемое устройство для конверсии газов в плазме СВЧ-разряда позволяет получать широкий спектр высокодисперсных порошков оксидов, The proposed device for the conversion of gases in a plasma microwave discharge allows you to get a wide range of fine powders of oxides,
нитридов и сульфидов металлов, а также водородсодержащий газ из газов, углеводородного сырья, в том числе с высоким содержанием соединений серы.nitrides and sulfides of metals, as well as hydrogen-containing gas from gases, hydrocarbons, including those with a high content of sulfur compounds.
Устройство просто в изготовлении, не включает дорогостоящего механического и электронного оборудования, обладает низкой энергоемкостью.The device is easy to manufacture, does not include expensive mechanical and electronic equipment, has a low energy intensity.
Конструкция устройства позволяет надежно генерировать плазменный факел вблизи внутреннего электрода с помощью обычного, используемого в микроволновых печах, магнетрона, имеющего мощность менее 1 кВт и частоту излучения 2,45 ГГц.The design of the device allows you to reliably generate a plasma torch near the internal electrode using a conventional magnetron used in microwave ovens having a power of less than 1 kW and a radiation frequency of 2.45 GHz.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008139246/22U RU80449U1 (en) | 2008-10-03 | 2008-10-03 | DEVICE FOR GAS CONVERSION IN MICROWAVE DISCHARGE PLASMA |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008139246/22U RU80449U1 (en) | 2008-10-03 | 2008-10-03 | DEVICE FOR GAS CONVERSION IN MICROWAVE DISCHARGE PLASMA |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU80449U1 true RU80449U1 (en) | 2009-02-10 |
Family
ID=40547092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008139246/22U RU80449U1 (en) | 2008-10-03 | 2008-10-03 | DEVICE FOR GAS CONVERSION IN MICROWAVE DISCHARGE PLASMA |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU80449U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486719C1 (en) * | 2011-12-27 | 2013-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Про" | Gas cleaning, destruction and conversion method |
| RU2519916C1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Microwave chemical synthesis apparatus |
| RU2648317C1 (en) * | 2016-12-09 | 2018-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Плазма - конверсия" | Device of microwave plasmochemical conversion of methane in synthesis-gas |
-
2008
- 2008-10-03 RU RU2008139246/22U patent/RU80449U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486719C1 (en) * | 2011-12-27 | 2013-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Про" | Gas cleaning, destruction and conversion method |
| RU2519916C1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Microwave chemical synthesis apparatus |
| RU2648317C1 (en) * | 2016-12-09 | 2018-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Плазма - конверсия" | Device of microwave plasmochemical conversion of methane in synthesis-gas |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2425795C2 (en) | Apparatus for producing hydrogen and carbon nanomaterials and structures produced from hydrocarbon gas, including associated pertroleum gas | |
| JP5133065B2 (en) | Inductive plasma synthesis of nanopowder | |
| EP2606003B1 (en) | An apparatus, a system and a method for producing hydrogen | |
| RU2462534C2 (en) | Plasma treatment of surface using dielectric barrier discharges | |
| EP1797746B1 (en) | Microwave plasma apparatus with vorticular gas flow | |
| US20120034135A1 (en) | Plasma reactor | |
| Mizeraczyk et al. | Studies of atmospheric-pressure microwave plasmas used for gas processing | |
| EP1523755A2 (en) | Plasma reactor for carrying out gas reactions and method for the plasma-supported reaction of gases | |
| AU2013243039A1 (en) | Method and device for production of acetylene using plasma technology | |
| Boulos | New frontiers in thermal plasmas from space to nanomaterials | |
| RU2455119C2 (en) | Method to produce nanoparticles | |
| RU80449U1 (en) | DEVICE FOR GAS CONVERSION IN MICROWAVE DISCHARGE PLASMA | |
| Tsai et al. | Production of hydrogen and nano carbon powders from direct plasmalysis of methane | |
| Czylkowski et al. | Microwave plasma for hydrogen production from liquids | |
| RU80450U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING A HYDROGEN-CONTAINING GAS IN A MICROWAVE DISCHARGE PLASMA | |
| WO2016063302A2 (en) | Process for combustion of nitrogen for fertilizer production | |
| RU2353584C2 (en) | Method of nano-dispersed powder of aluminium receiving | |
| RU2414993C2 (en) | Method of producing nanopowder using low-pressure transformer-type induction charge and device to this end | |
| CN107686094B (en) | Microwave hydrogen production method and device | |
| KR100793163B1 (en) | Method for manufacturing nano size powder of iron using RF plasma device | |
| RU2423318C2 (en) | Method of producing fullerene-containing black and device to this end | |
| Zaharieva et al. | Plasma-chemical synthesis of nanosized powders-nitrides, carbides, oxides, carbon nanotubes and fullerenes | |
| CN1297781C (en) | Method for treating solid organic waste substance using high frequency plasma | |
| RU106616U1 (en) | PLANT FOR PRODUCING A HIGH-CALORNY PLASMOGAS FROM CARBON-CONTAINING WATER-ORGANIC ULTRA-DISPERSION SYSTEMS | |
| RU2556926C1 (en) | Method of continuous production of graphenes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20171004 |