UA99953U - Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини - Google Patents

Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини Download PDF

Info

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
Application number
UAU201501581U
Other languages
English (en)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to UAU201501581U priority Critical patent/UA99953U/uk
Publication of UA99953U publication Critical patent/UA99953U/uk

Links

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.

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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
Недоліком описаного способу зіштовхувальної плазмової іонізації сировини є недостатнє зниження енергетичних витрат на реакцію горіння та одержання додаткової теплової енергії.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 в
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.
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.
Реалізується спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини наступним чином.
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.
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.
Вузькоканалізована подача розчинених у воді часток іонообмінного матеріалу шляхом фотоіонізації перетворює їх в висококалорійний газ.
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 вода
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.
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).
Струм Ії - 150А. ДМ - Мо-Мі « 46 кВт-год.
Струм Іг - 180А. АДМ - Мо-Мі « 65 кВт-год.
Струм Із - 150А. ДМ - М2-Мі 2 61,3 кВт-год.
Струм І - 180А. ДМ - М2-Мі 2 70,5 кВт-год.
Таблиця
Електрична Кількість Енергія, що |АДМ-різниця між
Температура робота необхідна для | витраченою та
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 | 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).
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.
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.
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.

Claims (3)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ
1. Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини, що 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", а як сировину застосовують воду або водну суспензію, який відрізняється тим, що для утворення плазми застосовують робочу суміш, до складу якої входять як мінімум одна легкоплавка речовина та порошкоподібні карбіди і кристалогідрати.
2. Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини за п. 1, який відрізняється тим, що як легкоплавку речовину застосовують подрібнений оксид заліза, а в розплавну плазму вводять подрібнені тугоплавкі оксиди металів та/або силіциди, та/або нітриди.
3. Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини за п. 1, який відрізняється тим, що при застосуванні сировини у вигляді води її спрямовують пучком під тиском від 10 до 50 кг/см? з діаметром формуючого отвору від 0,1 до 0,4 мм, а при застосуванні сировини у вигляді водної суспензії, як її зважені частки застосовують циклонний пил "гірничо-збагачувального виробництва.
UAU201501581U 2015-02-23 2015-02-23 Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини UA99953U (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201501581U UA99953U (uk) 2015-02-23 2015-02-23 Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201501581U UA99953U (uk) 2015-02-23 2015-02-23 Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA99953U true UA99953U (uk) 2015-06-25

Family

ID=53676110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU201501581U UA99953U (uk) 2015-02-23 2015-02-23 Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA99953U (uk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Boulos et al. The plasma state
US9732299B2 (en) Method and device for treating two-phase fragmented or pulverized material by non-isothermal reactive plasma flux
KR101553587B1 (ko) 공기 정화 장치 및 방법
US20080314734A1 (en) Carbonaceous solid fuel gasifier utilizing dielectric barrier non-thermal plasma
RU2457395C2 (ru) Способ интенсификации сжигания твердого топлива
Ali et al. Thermal plasma: A technology for efficient treatment of industrial and wastewater sludge
KR20080057257A (ko) 열 에너지 생성 방법
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
UA99953U (uk) Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини
Du et al. Plasma fluidized bed
Tippayawong et al. Development of a laboratory scale air plasma torch and its application to electronic waste treatment
WO2015147703A2 (ru) Способ получения тепловой и электрической энергии и устройство для его реализации
Pacheco-Sotelo et al. An environmental application in acid gas cracking with a high-frequency pulsed gliding arc
CN205435413U (zh) 低温等离子体多极柱双介质阻挡放电装置
US10065135B2 (en) Method for sequestering heavy metal particulates using H2O, CO2, O2, and a source of particulates
KR101566648B1 (ko) 플라스마를 생성하기 위한 방법 및 장치
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
US3324027A (en) Apparatus for performing chemical and other processes under the action of gas ions
WO1991011658A1 (en) Destroying waste using plasma
PL228132B1 (pl) Sposób plazmowej jonizacji surowców
Tazmeev et al. Application of gas discharge with liquid electrolytic cathode to create flow of steam-water plasma
Mizuno et al. Special issue on environmental applications of thermal and non-thermal plasmas