UA99953U - THE METHOD OF THE SUPPLYING Plasma Ionization of the Raw Material - Google Patents
THE METHOD OF THE SUPPLYING Plasma Ionization of the Raw Material Download PDFInfo
- Publication number
- UA99953U UA99953U UAU201501581U UAU201501581U UA99953U UA 99953 U UA99953 U UA 99953U UA U201501581 U UAU201501581 U UA U201501581U UA U201501581 U UAU201501581 U UA U201501581U UA 99953 U UA99953 U UA 99953U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- plasma
- raw materials
- ionization
- water
- raw material
- Prior art date
Links
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims description 3
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 15
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини включає іонізацію сировини при зіткненні з розплавною плазмою, утвореною шляхом електродугового розплавлення робочої суміші, де на поверхню плазми спрямовують сировину вузькоканалізованим пучком з розбіжністю у межах від 5° до 8°. Як сировину застосовують воду або водну суспензію. Для утворення плазми застосовують робочу суміш, до складу якої входять як мінімум одна легкоплавка речовина та порошкоподібні карбіди і кристалогідрати.The method of pushing plasma ionization of the raw material involves the ionization of the raw material in contact with the molten plasma formed by electric arc melting of the working mixture, where on the plasma surface is directed raw material narrow-beam with divergence in the range from 5 ° to 8 °. As raw material used water or aqueous suspension. For the formation of plasma used a working mixture, which includes at least one fusible substance and powdered carbides and crystalline hydrates.
Description
Корисна модель належить до способів іонізації сировини для подальшого її використання як енергоносія і включає зіткнення вузькоспрямованого пучка первинних реагентів з розплавною (рідинно-текучою) плазмою та може бути застосована в енергетиці, металургії, машинобудуванні, хімічній промисловості, галузі виробництва будівельних матеріалів та інших галузях.The useful model belongs to the methods of ionization of raw materials for their further use as an energy carrier and includes the collision of a narrowly directed beam of primary reagents with molten (liquid-fluid) plasma and can be applied in energy, metallurgy, mechanical engineering, chemical industry, construction materials production and other industries.
З рівня техніки відомий спосіб іонізації води для виготовлення енергоносія у високотемпературній зоні за реакцією 2Н20-44-22Нео--О:» (Вільямс, теорія горіння, переклад з англ. - М., 1971). Особливістю горіння органічних речовин є те, що в процесі їх окислення приймають участь лише валентні електрони зовнішніх орбіт атомів, а електрони внутрішніх орбіт атомів не беруть участі в процесі створення хімічних зв'язків. Тому енергія, виділена при реакції горіння, недостатня для відриву електронів із внутрішніх орбіт атомів, внаслідок чого навіть ступінь іонізації полум'я органічних палив при температурах від 2000 "С до 2500 "С не достатній для цього, оскільки ступінь виділення теплової енергії хімічними способами проходять на атомарно-молекулярному рівні без збудження стану ядра атома.From the state of the art, a method of ionizing water for the production of an energy carrier in a high-temperature zone according to the reaction 2Н20-44-22Нео--О:" (Williams, theory of combustion, translated from English - M., 1971) is known. The peculiarity of the combustion of organic substances is that only the valence electrons of the outer orbits of atoms participate in the process of their oxidation, and the electrons of the inner orbits of atoms do not participate in the process of creating chemical bonds. Therefore, the energy released during the combustion reaction is insufficient for the separation of electrons from the internal orbits of atoms, as a result of which even the degree of ionization of the flame of organic fuels at temperatures from 2000 "С to 2500 "С is not sufficient for this, since the degree of release of thermal energy by chemical means passes at the atomic-molecular level without exciting the state of the atom's nucleus.
Також відомі способи здійснення фізико-хімічних процесів зокрема шляхом введення в газовий плазмовий потік первинних реагентів (патент РФ на винахід Мо 2170617, МПК: В02С 19/06, опубл. 20.07.2001; патент ЕР на винахід Мо 0415858, МПК: НО5БН 01/42, опубл. 25.01.1995; заявка на отримання патенту США Мо 0О5 2008138534, МПК: НО5Н 01/42, опубл. 12.06.2008).There are also known methods of physical and chemical processes, in particular by introducing primary reagents into the gas plasma flow (RF patent for the invention Mo 2170617, IPC: В02С 19/06, publ. 20.07.2001; ER patent for the invention Mo 0415858, IPC: НО5БН 01/ 42, published on 01/25/1995; US patent application No. 0О5 2008138534, IPC: НО5Н 01/42, published on 06/12/2008).
Але дугові плазмогенератори характеризуються значними затратами енергії та відносно малими об'ємами іонізованого середовища. Тому виникає потреба проведення більш глибинного та ефективного процесу іонізації сировини при зіткненні з плазмовим потоком з метою його використання як додаткового теплового енергоносія у спільному процесі горіння.But arc plasma generators are characterized by significant energy consumption and relatively small volumes of ionized medium. Therefore, there is a need to carry out a more in-depth and effective process of ionization of raw materials upon contact with the plasma flow in order to use it as an additional thermal energy carrier in the joint combustion process.
Використання такої можливості може дати зокрема мінерально-органічна суміш, яка дає змогу досягнення фази плавлення з виходом компонентів з відтворенням сполучень іонів, тобто катіонний газ, як і дисоційовані продукти горіння органічних речовин, що використовуються для нагріву та плавлення мінерально-органічної суміші. Процес плазмотворення проходить на межі розділу двох фаз: газової, у вигляді продуктів горіння органічних речовин та тугоплавкого розплаву.The use of such an opportunity can be provided, in particular, by a mineral-organic mixture, which enables reaching the melting phase with the release of components with the reproduction of ion combinations, i.e. cationic gas, as well as dissociated combustion products of organic substances used for heating and melting the mineral-organic mixture. The process of plasma formation takes place at the interface of two phases: gaseous, in the form of combustion products of organic substances, and refractory melt.
Відомий спосіб переробки дисперсної мінеральної сировини шляхом її іонізації при зіткненні з газовою плазмою (патент РФ на винахід Мо 2291211, МПК: НОБН 1/42, опубл. 10.01.2007), де іонізація дисперсної сировини здійснюється разом з відновлюваним газом при їх зіштовхуванні з зустрічним плазмовим потоком, в результаті відновлювальної реакції одержують чистий елемент. Недоліком цього способу іонізації є низька температура газової плазми, що не дає можливість для більш глибинної іонізації сировини з відривом внутрішніх електронів з орбіт її елементів.There is a known method of processing dispersed mineral raw materials by means of their ionization upon collision with a gas plasma (patent of the Russian Federation for the invention Mo 2291211, IPC: NOBN 1/42, publ. 10.01.2007), where the ionization of dispersed raw materials is carried out together with the renewable gas when they collide with the counter plasma flow, as a result of the reduction reaction, a pure element is obtained. The disadvantage of this method of ionization is the low temperature of the gas plasma, which does not provide an opportunity for deeper ionization of the raw material with separation of internal electrons from the orbits of its elements.
Також відомий спосіб глибинної іонізації сировини для подальшого її використання як енергоносія, який забезпечує суттєве зниження енергетичних витрат на реакцію горіння та отримання додаткової теплової енергії (патент України на винахід Мо 93111, МПК: НО5Н 1/00, опубл. 10.01.2011, бюл. Мо 1). Вказаний спосіб включає іонізацію сировини при зіткненні з плазмою, як плазму використовують розплавну плазму, причому сировину спрямовують на її поверхню вузько каналізованим пучком з розбіжністю у межах від 5" до 8". Розплавну плазму утворюють шляхом електродугового розплавлення подрібнених оксидів заліза, при цьому у процесі горіння в розплавну плазму вводять такі подрібнені тугоплавкі компоненти, як оксиди металів, карбіди, силіциди, нітриди. А як сировину використовують спрямований на поверхню розплавної плазми пучок води або водної суспензії.There is also a well-known method of deep ionization of raw materials for their further use as an energy carrier, which ensures a significant reduction in energy costs for the combustion reaction and obtaining additional thermal energy (patent of Ukraine for the invention Mo 93111, IPC: НО5Н 1/00, publ. 10.01.2011, bull. Mo 1). This method includes the ionization of raw materials upon collision with plasma, as a plasma, molten plasma is used, and the raw materials are directed to its surface by a narrowly channeled beam with a divergence in the range from 5" to 8". Molten plasma is formed by electric arc melting of crushed iron oxides, while in the process of burning, such crushed refractory components as metal oxides, carbides, silicides, nitrides are introduced into the molten plasma. A beam of water or water suspension directed at the surface of the molten plasma is used as a raw material.
Недоліком описаного способу зіштовхувальної плазмової іонізації сировини є недостатнє зниження енергетичних витрат на реакцію горіння та одержання додаткової теплової енергії.The disadvantage of the described method of collisional plasma ionization of raw materials is insufficient reduction of energy costs for the combustion reaction and obtaining additional thermal energy.
Саме останнє рішення способу зіштовхувальної плазмової іонізації сировини вибране як найбільш близький аналог. Спільними ознаками з рішенням, що заявляється, є: іонізація сировини при зіткненні з розплавною плазмою; утворення розплавної плазми шляхом електродугового розплавлення; спрямування сировини на поверхню плазми вузькоканалізованим пучком з розбіжністю у межах від 5" до 8"; застосування як сировини води або водної суспензії.It is the last solution of the method of collisional plasma ionization of raw materials that is chosen as the closest analogue. Common features with the proposed solution are: ionization of raw materials upon contact with molten plasma; formation of molten plasma by electric arc melting; directing the raw material to the plasma surface with a narrowly channeled beam with a divergence in the range from 5" to 8"; use of water or aqueous suspension as a raw material.
Задачею корисної моделі є створення способу зіштовхувальної плазмової іонізації сировини для подальшого її використання як енергоносій, що забезпечує можливість зниження енергетичних витрат на реакцію горіння за рахунок збільшення об'єму плазмогазу, що виділяється в одиницю часу.The task of a useful model is to create a method of collisional plasma ionization of raw materials for its further use as an energy carrier, which provides the possibility of reducing energy costs for the combustion reaction due to an increase in the volume of plasma gas released per unit of time.
Поставлена задача вирішується тим, що у способі зіштовхувальної плазмової іонізації сировини, що включає іонізацію сировини при зіткненні з розплавною плазмою, утвореною 60 шляхом електродугового розплавлення робочої суміші, де на поверхню плазми спрямовують сировину вузькоканалізованим пучком з розбіжністю у межах від 5" до 8", а як сировину застосовують воду або водну суспензію, відповідно до корисної моделі, для утворення плазми застосовують робочу суміш, до складу якої входять як мінімум одна легкоплавка речовина та порошкоподібні карбіди і кристалогідрати.The problem is solved by the fact that in the method of collisional plasma ionization of raw materials, which includes the ionization of raw materials upon collision with a molten plasma formed 60 by electric arc melting of the working mixture, where the raw materials are directed to the surface of the plasma by a narrowly channeled beam with a divergence in the range from 5" to 8". and as a raw material, water or an aqueous suspension is used, according to a useful model, for the formation of plasma, a working mixture is used, which includes at least one low-melting substance and powdered carbides and crystal hydrates.
В окремих випадках виконання цього способу, як легкоплавку речовину застосовують подрібнений оксид заліза, а в розплавну плазму вводять подрібнені тугоплавкі оксиди металів та/або силіциди, та/або нітриди.In some cases of this method, crushed iron oxide is used as a low-melting substance, and crushed refractory metal oxides and/or silicides and/or nitrides are introduced into the molten plasma.
Крім цього при застосуванні сировини у вигляді води її можливо спрямовувати пучком під тиском від 10 до 50 кг/сме з діаметром формуючого отвору від 0,1 до 0,4 мм. А при застосуванні сировини у вигляді водної суспензії, як її зважені частки може бути застосований циклонний пил гірничо-збагачувального виробництва.In addition, when using raw materials in the form of water, it can be directed by a beam under pressure from 10 to 50 kg/cm with a diameter of the forming hole from 0.1 to 0.4 mm. And when using raw materials in the form of an aqueous suspension, cyclone dust from mining and beneficiation can be used as its suspended particles.
Саме застосування робочої суміші, до складу якої входять як мінімум одна легкоплавка речовина та порошкоподібні карбіди і кристалогідрати, дозволяє отримати ефект іонізації молекулярно-плівкової води, яка утворюється на поверхні мінеральних агрегатів і іонізується під впливом надвисокочастотного випромінювання з боку плазми. Порошкоподібний вигляд карбідів і кристалогідратів забезпечує найбільшу площу активації для утворення молекулярно-плівкової води. Іонізація отриманої молекулярно-плівкової води дозволяє отримати суміш водню та кисню, яка при згорянні знов перетворюється у водяний газ. Механізм збільшення іонно- електронної температури плазмогазу в процесі його спалювання заснований на трансмутаційній зміні ізотопного складу мінеральної суміші, утворенні анігіляційних пар та інших явищах. Саме завдяки додаванню порошкоподібних карбідів і кристалогідратів забезпечується утворення молекулярно-плівкової води та утворення плазмоводяного газу високої температури до 4000- 5000 "С із забезпеченням зниження енергетичних витрат на реакцію горіння за рахунок збільшення об'єму плазмогазу, що виділяється в одиницю часу.It is the use of the working mixture, which includes at least one low-melting substance and powdered carbides and crystal hydrates, that allows you to obtain the effect of ionization of molecular-film water, which is formed on the surface of mineral aggregates and is ionized under the influence of ultra-high-frequency radiation from the plasma. The powdery form of carbides and crystal hydrates provides the largest activation area for the formation of molecular film water. Ionization of the obtained molecular-film water allows obtaining a mixture of hydrogen and oxygen, which, upon combustion, turns into water gas again. The mechanism of increasing the ion-electron temperature of the plasma gas during its combustion is based on the transmutational change in the isotopic composition of the mineral mixture, the formation of annihilation pairs, and other phenomena. It is thanks to the addition of powdered carbides and crystal hydrates that the formation of molecular film water and the formation of plasma water gas at a high temperature of up to 4000-5000 "С are ensured, with the reduction of energy costs for the combustion reaction due to the increase in the volume of plasma gas released per unit of time.
Приготування розплаву шляхом оплавлення електродуговим способом робочої суміші, до складу якої входять як мінімум одна легкоплавка речовина та порошкоподібні карбіди і кристалогідрати, де як легкоплавка речовина може бути застосований подрібнений оксид заліза, з відтворенням в міжелектродному просторові плазмового розплаву гідридів створює можливість підвищення температури плавлення понад 3000 "С. А можливе додавання вPreparation of the melt by electric arc melting of the working mixture, the composition of which includes at least one low-melting substance and powdered carbides and crystal hydrates, where crushed iron oxide can be used as a low-melting substance, with the reproduction of the plasma melt of hydrides in the interelectrode space creates the possibility of increasing the melting temperature above 3000 "S. And it is possible to add in
Зо розплавну плазму подрібнених тугоплавких оксидів металів та/або силіцидів, та/або нітридів, надає можливість додаткового підвищення температури плавлення. При цьому спрямовування в одну точку поверхні плазми вузько каналізованого пучка води під тиском від 10 до 50 кг/см32 з діаметром формуючого отвору від 0,1 до 0,4 мм дає змогу підвищити температуру утвореного таким чином плазмогазу до 5000 "С, що створює можливість швидкого розкладання молекул води на складові частини. Введення в розплавну плазму часток водної суспензії у вигляді циклонного пилу горно-збагачувального виробництва (польовий шпат, монтморилоніт тощо) додатково підвищує температуру плазми, а тому і ефективність процесу. Спосіб зіштовхувальної іонізації сировини характеризується ще і тим, що в результаті взаємодії доданих тугоплавких компонентів в міжелектродну область, створюється супротидіюча плазма, яка дає змогу підвищити температуру в зоні іонізації молекул води.The molten plasma of crushed refractory metal oxides and/or silicides and/or nitrides provides the possibility of an additional increase in the melting temperature. At the same time, directing a narrowly channeled beam of water under a pressure of 10 to 50 kg/cm32 with a forming hole diameter of 0.1 to 0.4 mm to one point of the plasma surface makes it possible to increase the temperature of the plasma gas formed in this way to 5000 "C, which creates an opportunity rapid decomposition of water molecules into component parts. The introduction of water suspension particles into the molten plasma in the form of cyclone dust from mining and beneficiation production (feldspar, montmorillonite, etc.) additionally increases the temperature of the plasma, and therefore the efficiency of the process. The method of collisional ionization of raw materials is also characterized by that as a result of the interaction of the added refractory components in the interelectrode region, a counter-current plasma is created, which makes it possible to increase the temperature in the zone of ionization of water molecules.
Заявлений спосіб може бути реалізований за допомогою реактора зіштовхувальної плазмової іонізації сировини з герметичною кришкою, всередині якого розміщують робочу суміш, до складу якої входять легкоплавкі речовини у вигляді подрібнених оксидів заліза та порошкоподібні карбіди і кристалогідрати. В середині вказаного реактора розташовані електроди, що підключені до джерела змінного струму через знижувальний трансформатор. На поверхню робочої суміші, у зону між кінцями електродів, спрямовані трубчасті формувачі високонапірних потоків сировини. В верхній частині реактора, на його бічній поверхні, знаходиться стравлюючий клапан.The claimed method can be implemented using a collisional plasma ionization reactor of raw materials with a hermetic cover, inside which is placed a working mixture, which includes low-melting substances in the form of crushed iron oxides and powdered carbides and crystal hydrates. In the middle of this reactor there are electrodes connected to an alternating current source through a step-down transformer. On the surface of the working mixture, in the zone between the ends of the electrodes, tubular formers of high-pressure flows of raw materials are directed. In the upper part of the reactor, on its side surface, there is a venting valve.
Реалізується спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини наступним чином.The method of collisional plasma ionization of raw materials is implemented as follows.
На вищевказані електроди через вищевказаний трансформатор подають змінний струм від 100 до 800 ампер напругою від 10 до 35 вольт. В результаті виникає електрична дуга, що розплавляє робочу суміш, в якій присутні ГеО, РегОз, РезОї та в зоні розплаву утворюється рідка плазмова субстанція. Регулюючи напругу на електродах, підтримують задану температуру розплавної плазми в межах 3000 "С. Для підвищення температури розплаву через окремий люк у кришці в зону розплаву можуть подати також подрібнені тугоплавкі компоненти (оксиди металів, силіциди, нітриди). При цьому температура плазми підвищується та знаходиться в межах від 3200 "С до 3500 "С. Далі з бака за допомогою високонапірного насоса подають на вищевказані формувачі воду, з яких високонапірні струмені води діаметром формуючого отвору пучка від 0,1 до 0,4 мм направляють під тиском від 10 до 50 кг/см вузько каналізованими 60 пучками на поверхню розплаву плазми. Швидкість подачі сировини на поверхню розплаву при цьому знаходиться у межах Мп - 30-70 м/сек. Оскільки дугові плазмогенератори потребують значних витрат електроенергії при відносно малому об'ємі іонізаційного середовища, то для уникнення цих недоліків процес створення плазми, процес горіння та процес відтворення іонізаційного середовища проводиться сумісно. При цьому плазмогаз проходить на межі розподілу газового середовища та тугоплавкого розплаву. В умовах плазмового середовища гази стають іонізованими, що створює можливість використати їх як енергоносії. Іонізація досягається за рахунок контактів на поверхні мінерального розплаву з зустрічними потоками газів та шляхом ультрафіолетового опромінення розплаву. Ультрафіолетове випромінювання розплаву дає можливість більш ефективно іонізувати середовище, діючи як фотоплазмовий іонізатор. Частина води, що надходить з високонапірних струменів, переходить в пару, яка реагує з оксидами заліза з відтворенням гідрогену згідно з реакцією ЗЕеО ж НгО - ГезОх. При цьому, як вже було зазначено вище, відбувається ефект іонізації молекулярно-плівкової води, яка утворюється на поверхні мінеральних агрегатів і іонізується під впливом надвисокочастотного випромінювання з боку плазми. Іонізація отриманої молекулярно-плівкової води дозволяє отримати суміш водню та кисню, яка при згорянні знов перетворюється у водяний газ.An alternating current of 100 to 800 amperes with a voltage of 10 to 35 volts is supplied to the above electrodes through the above transformer. As a result, an electric arc occurs that melts the working mixture, in which GeO, RegOz, RezOi are present, and a liquid plasma substance is formed in the melt zone. By adjusting the voltage on the electrodes, the set temperature of the molten plasma is maintained within 3000 "C. To increase the temperature of the molten metal, crushed refractory components (metal oxides, silicides, nitrides) can also be fed into the molten zone through a separate hatch in the lid. At the same time, the plasma temperature rises and is in the range from 3200 "C to 3500 "C. Then, using a high-pressure pump, water is supplied to the above-mentioned formers from the tank, from which high-pressure jets of water with a diameter of the forming hole of the beam from 0.1 to 0.4 mm are directed under a pressure of 10 to 50 kg /cm by narrowly channeled 60 beams to the surface of the plasma melt. The speed of supply of raw materials to the surface of the melt in this case is in the range of Mp - 30-70 m/sec. Since arc plasma generators require significant electricity consumption with a relatively small volume of ionization medium, to avoid of these shortcomings, the process of creating a plasma, the process of burning, and the process of reproducing the ionization medium are carried out simultaneously this plasma gas passes on the boundary between the distribution of the gas medium and the refractory melt. In the conditions of a plasma environment, gases become ionized, which makes it possible to use them as energy carriers. Ionization is achieved due to contacts on the surface of the mineral melt with oncoming gas flows and by ultraviolet irradiation of the melt. Ultraviolet radiation of the melt makes it possible to more effectively ionize the environment, acting as a photoplasmic ionizer. Part of the water coming from the high-pressure jets turns into steam, which reacts with iron oxides with the reproduction of hydrogen according to the reaction ЗееО and НгО - ГезОх. At the same time, as already mentioned above, there is an effect of ionization of molecular-film water, which is formed on the surface of mineral aggregates and is ionized under the influence of high-frequency radiation from the plasma. Ionization of the obtained molecular-film water allows obtaining a mixture of hydrogen and oxygen, which, upon combustion, turns into water gas again.
При утворенні тонкодисперного водяного пилу проходить електризація як самої води, так і розчинених в них часток. Тому над поверхнею розплаву формується плазмова взаємодія, що призводить до підвищення температури в фокусі зустрічного удару водопарового електрично зарядженого пучка з поверхнею розплаву зі створенням плазмогазу над поверхнею розплаву. В умовах високого температурного градієнта, водопилові частки при підльоті до розплаву переходять в водяний газ, що дає додаткову електризацію пиловидних часток.During the formation of finely dispersed water dust, both the water itself and the particles dissolved in it are electrified. Therefore, a plasma interaction is formed above the surface of the melt, which leads to an increase in temperature in the focus of the oncoming impact of the water vapor electrically charged beam with the surface of the melt with the creation of plasma gas above the surface of the melt. In conditions of a high temperature gradient, water-dust particles when approaching the melt turn into water gas, which gives additional electrification of the dust-like particles.
Вузькоканалізована подача розчинених у воді часток іонообмінного матеріалу шляхом фотоіонізації перетворює їх в висококалорійний газ.A narrowly channeled supply of ion-exchange material particles dissolved in water turns them into a high-calorie gas by photoionization.
Заявником розроблена та випробувана на макетних пристроях технологія одержання плазмового газу, використання якої дозволяє ефективно одержувати теплову та електричну енергію. На відміну від традиційного палива, вищевказана робоча суміш для отримання розплаву є практично невитратною, а величина одержуваного плазмогазу в основному визначається витратою пучкової води або водної суспензії. В атмосфері плазмогазу водаThe applicant has developed and tested on mock-up devices the plasma gas production technology, the use of which allows efficient production of thermal and electrical energy. In contrast to traditional fuel, the above-mentioned working mixture for obtaining melt is practically non-consumable, and the amount of plasma gas obtained is mainly determined by the consumption of beam water or water suspension. Water in the atmosphere of plasma gas
Зо ефективно розкладається на водень і кисень, тим самим збільшуючи калорійність первісного плазмогазу. При подальшому збільшенні енергетичної щільності водного пучка відбувається прискорення утворення плазмогазу на поверхні розплаву. При цьому додавання порошкоподібних карбідів і кристалогідратів забезпечує зниження енергетичних витрат на реакцію горіння за рахунок збільшення об'єму плазмогазу, що виділяється в одиницю часу.Zo effectively decomposes into hydrogen and oxygen, thereby increasing the caloric content of the original plasma gas. With a further increase in the energy density of the water beam, the formation of plasma gas on the surface of the melt is accelerated. At the same time, the addition of powdered carbides and crystal hydrates provides a reduction in energy costs for the combustion reaction due to an increase in the volume of plasma gas released per unit of time.
Приклади ефективності використання запропонованого способу зіштовхувальної плазмової іонізації сировини наведені у таблиці, де здійснено порівняння результатів реалізації найбільш близького аналога (пункти 1, 2) та рішення, що заявляється (пункти 3, 4).Examples of the effectiveness of using the proposed method of collisional plasma ionization of raw materials are given in the table, which compares the results of the implementation of the closest analogue (items 1, 2) and the proposed solution (items 3, 4).
Струм Ії - 150А. ДМ - Мо-Мі « 46 кВт-год.Current Ii - 150A. DM - Mo-Mi « 46 kWh.
Струм Іг - 180А. АДМ - Мо-Мі « 65 кВт-год.Current Ig - 180A. ADM - Mo-Mi « 65 kWh.
Струм Із - 150А. ДМ - М2-Мі 2 61,3 кВт-год.The current is 150A. DM - M2-Mi 2 61.3 kWh.
Струм І - 180А. ДМ - М2-Мі 2 70,5 кВт-год.Current I - 180A. DM - M2-Mi 2 70.5 kWh.
ТаблицяTable
Електрична Кількість Енергія, що |АДМ-різниця міжElectric Quantity Energy that |ADM-difference between
Температура робота необхідна для | витраченою таThe temperature of the robot is necessary for | spent and
Мо п/п Температура випромінюван дугового води, що випаровування | виробленою розплаву, С о подається, й ня, С розряду Мі, л/год води Ме2, енергією, кВт-год. І кВт-год. кВт-год. 4 | змо | зво | 45 | 60 | 75 | 705Mo p/p The temperature of the emitted arc water that evaporates | produced by the melt, C supplied, y nya, C discharge Mi, l/h of water Me2, energy, kWh. And kWh. kWh 4 | can call 45 | 60 | 75 | 705
Проведені випробування показують, що на площі розплаву близько 20 см? з температурою 2500 "С - 2800 "С можна випарувати близько 150 л пучкової води, затративши для цього 5 кВт-год електричної енергії (для одержання тугоплавного розплаву дуговим нагріванням).The conducted tests show that the area of the melt is about 20 cm? with a temperature of 2500 "C - 2800 "C, it is possible to evaporate about 150 liters of beam water, spending 5 kWh of electrical energy for this (to obtain a refractory melt by arc heating).
Додаткова енергія (близько 140 кВт-год.), що необхідна для випаровування води, міститься у знов утвореному плазмогазі, що складається з водню іонізованої води та іонів, що випаровуються з розплаву.The additional energy (about 140 kWh) needed to vaporize the water is contained in the regenerated plasma gas, which consists of hydrogen ionized water and ions evaporated from the melt.
При досягненні температури розплаву 3800 "С - 4000 С" можна одержати теплову потужність установки близько 1 Мвт, при цьому площа плазмового випромінювання буде складати від 20 до 25 см", а обсяг одержаного тепла водневої пари - близько 900 кг-год. Розмір подібного парогенератора не перевершує 1 му, що приблизно в 5-7 разів менше габаритів існуючих котлоагрегатів потужністю 1 Мвт.When the temperature of the melt reaches 3800 "C - 4000 C", it is possible to obtain the thermal power of the installation of about 1 MW, while the area of plasma radiation will be from 20 to 25 cm", and the amount of heat obtained by hydrogen vapor is about 900 kg-h. The size of a similar steam generator does not exceed 1 mu, which is approximately 5-7 times smaller than the dimensions of existing boiler units with a capacity of 1 MW.
Вищевказані у таблиці дані свідчать про те, що саме завдяки додаванню у робочу суміш порошкоподібних карбідів і кристалогідратів забезпечується зниження енергетичних витрат на реакцію горіння за рахунок збільшення об'єму плазмогазу, що виділяється в одиницю часу.The above-mentioned data in the table indicate that precisely thanks to the addition of powdered carbides and crystal hydrates to the working mixture, a reduction in energy costs for the combustion reaction is ensured due to an increase in the volume of plasma gas released per unit of time.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU201501581U UA99953U (en) | 2015-02-23 | 2015-02-23 | THE METHOD OF THE SUPPLYING Plasma Ionization of the Raw Material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU201501581U UA99953U (en) | 2015-02-23 | 2015-02-23 | THE METHOD OF THE SUPPLYING Plasma Ionization of the Raw Material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA99953U true UA99953U (en) | 2015-06-25 |
Family
ID=53676110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAU201501581U UA99953U (en) | 2015-02-23 | 2015-02-23 | THE METHOD OF THE SUPPLYING Plasma Ionization of the Raw Material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA99953U (en) |
-
2015
- 2015-02-23 UA UAU201501581U patent/UA99953U/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Boulos et al. | The plasma state | |
| US5552675A (en) | High temperature reaction apparatus | |
| KR101553587B1 (en) | Apparatus and method for cleaning air | |
| MX2010008885A (en) | System, method and apparatus for coupling a solid oxide high temperature electrolysis glow discharge cell to a plasma arc torch. | |
| US20080314734A1 (en) | Carbonaceous solid fuel gasifier utilizing dielectric barrier non-thermal plasma | |
| AU2006289456B2 (en) | Method for producing thermal energy | |
| RU2457395C2 (en) | Solid fuel combustion intensification method | |
| Ali et al. | Thermal plasma: A technology for efficient treatment of industrial and wastewater sludge | |
| Kuznetsov et al. | Plasma chemical conversion of methane by pulsed electron beams and non-self-sustained discharges | |
| Hansu | The effect of dielectric barrier discharge cold plasmas on the electrochemical activity of Co–Cr–B based catalysts | |
| Du et al. | Plasma fluidized bed | |
| UA99953U (en) | THE METHOD OF THE SUPPLYING Plasma Ionization of the Raw Material | |
| Tippayawong et al. | Development of a laboratory scale air plasma torch and its application to electronic waste treatment | |
| WO2015147703A2 (en) | Method for producing thermal and electrical energy and device for implementing said method | |
| Pacheco-Sotelo et al. | An environmental application in acid gas cracking with a high-frequency pulsed gliding arc | |
| El‐Shafie et al. | Comprehensive assessment of hydrogen production in argon‐water vapors plasmolysis | |
| CN205435413U (en) | Two dielectric barrier discharge devices of multipolar post of low temperature plasma | |
| US10065135B2 (en) | Method for sequestering heavy metal particulates using H2O, CO2, O2, and a source of particulates | |
| KR101566648B1 (en) | Method and a device for production of plasma | |
| EP3494634B1 (en) | Energy transfer method and system | |
| Gadzhiev et al. | A low-temperature plasma generator working on nitrogen–propane mixture | |
| Widhiyanuriyawan | Performance of Distilled Water Electrolysis with adding of Sodium Bicarbonate as Catalytic | |
| WO1991011658A1 (en) | Destroying waste using plasma | |
| PL228132B1 (en) | Method for plasma ionization of raw materials | |
| Tazmeev et al. | Application of gas discharge with liquid electrolytic cathode to create flow of steam-water plasma |