ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВНУТРИ ПОТОКА РЕАКЦИОННОЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к химической технологии, в частности к устройствам для осуществления плазмохимических реакций. Полезная модель может найти применение в химической технологии, например в процессах основного органического и нефтехимического синтеза, в частности процессах окисления, паровой конверсии с целью получения водорода, гидрокрекинга, гидрообессеривания, и др.
Предлагаемый реактор использует для генерации плазмы такие виды электрического разряда как барьерный, искровой и коронный разряд. Возникновение того или иного типа разряда зависит от исполнения реактора и от скорости потока реакционной среды внутри реактора. Частным случаем плазмохимических реакторов использующих данные типы разрядов -являются озонаторы, которые имеют конструкционную схему позволяющею их применить для осуществления других плазмохимических превращений. Поскольку озонаторы наиболее распространены, следует начать рассмотрение существующего уровня техники именно с них.
Такие плазмохимические реактора (озонаторы), работающие на принципе барьерного разряда, содержат в общем случае группу электродов, один или оба из которых покрыты слоем диэлектрика. Реакционная среда подается в межэлектродное пространство, где собственно и происходит ее плазмохимическое превращение. Концентрация активных частиц (например «горячих» электронов с высокой энергией) выше в граничной зоне на поверхности диэлектрика, поэтому, с целью максимального выхода по электрическому току, конструктивно стараются увеличить площадь электродов и уменьшить межэлектродный объем.
Известен ряд устройств, включающих электроды выполненных в виде планарных пластин электродов, в промежутке между которыми проходит реакционная среда, например [1-3]. Известен ряд устройств, включающих электроды выполненных в виде коаксиальных труб электродов, в промежутке между которыми проходит реакционная среда, например [4].
Подобного типа конструкции характеризуются неудовлетворительным соотношением межэлектродного объема и площади электрода, как следствие, относительно невеликим выходом по току.
В [5-9] имеется описание плазмохимических реакторов, имеющих схожие вышерассмотренным конструкционные схемы, но применяемы для осуществления других плазмохимических реакций, например паровой конверсии метана и получения углеводородов. Их конструкциям свойственны те же недостатки, что и конструкциям [1-4].
Наиболее близким решением, является устройство по патенту [10] его отличительной особенностью является то, что межэлектродное пространство заполнено диэлектрической насадкой, что увеличивает площадь образования барьерного разряда. Недостаток устройства [10] состоит в более худшем соотношении межэлектродного пространства и площади электродов (площади возникновения барьерного разряда), по сравнению с заявляемой полезной моделью.
Техническим результатом заявленной полезной модели является то, что предлагаемая полезная модель имеет конструкцию, обеспечивающею существенно лучшее соотношение межэлектродного пространства и площади электродов по сравнению с устройством [10].
Технический результат достигается за счет того, что предлагаемый плазмохимический реактор, для осуществления непрерывного плазмохимического взаимодействия внутри потока реакционной среды, содержит электроды выполнены в виде двух или более металлических сеток, размещенных плоскостями параллельно друг другу, таким образом, что весь поток реакционной среды, проходящий через реакционный канал, проходит через них в перпендикулярном направлении относительно их плоскости, при этом, металлические сетки могут быть выполнены из металлов инертных по отношению к реакционной среде так и металлов катализаторов, а также дополнительно иметь каталитическое покрытие, либо некаталитическое диэлектрическое покрытие, обеспечивающее возникновение барьерного разряда.
На рисунке показан плазмохимический реактор для осуществления непрерывного плазмохимического взаимодействия внутри потока реакционной среды.
Конструкция плазмохимического реактора состоит из реакционного канала 1 и размещенных внутри него сетчатых электродов 2, через которые проходит поток реакционной среды 3.
Принцип работы плазмохимического реактора состоит в следующем. Поток реакционной среды 3, которой могут быть газы жидкости, либо любые дисперсные системы, протекает по реакционному каналу 1, и проходит через сетчатые электроды 2. Электроды 2 выполнены в виде двух или более металлических сеток размещенных плоскостями параллельно друг другу и полностью перекрывают сечение реакционного канала. Таким образом, весь поток реакционной среды, проходящий через реакционный канал 1, проходит через них в перпендикулярном направлении относительно их плоскости. Электроды 2 могут быть выполнены из металлов инертных по отношению к реакционной среде, или из металлов катализаторов, а также дополнительно иметь каталитическое покрытие, либо инертное некаталитическое диэлектрическое покрытие, обеспечивающее возникновение барьерного разряда. На электроды 2 подается электрический ток высокого напряжения, вследствие чего между электродами возникает электрически разряд. Природа электрического разряда зависит от исполнения реактора (материалов электродов, расстояния между ними), диэлектрических свойств реакционной среды и ее скорости внутри реакционного канала. Если электроды 2 имеют диэлектрическое покрытие - возникает разряд барьерного типа. При отсутствии на электродах диэлектрического покрытия, может возникать коронный или искровой разряд. Возникновение электрического разряда, приводит к возникновению плазменных образований (например, плазмы в искровом канале разряда или плазмы барьерного разряда), характеризующихся большим количеством реакционноактивных частиц, обуславливающих протекание различного рода плазмохимических превращений в реакционной среде.
Для апробации технического решения, был создан экспериментальный образец патентуемого устройства, содержащий четыре пары сеточных металлических электродов (материал электродов сталь 12×18н10т покрытая стеклянной оболочкой) размещенные внутри реакционного канала диаметром 22 мм. Экспериментальный образец обеспечивал степень превращение на примере паровой конверсии метана на 24% лучше, чем образец, созданный в соответствии с [10] при прочих равных условиях, равной мощности электрического питания (120 Вт) и напряжении 12 кВ. Таким образом, вышеприведенное, подтверждает достоверность заявленного технического результата.
Источники информации принятые во внимание при составлении заявки на полезную модель
1. Патент РФ 2180315, С01В 13/11
2. Патент РФ 2132300, С01В 13/11
3. Патент РФ 1718530, С01В 13/11
4. Патент РФ 2084400, С01В 13/11
5. R.Azizov, M.Krotov, M.Deminskiy, В.Potapkin, V.Rusanov // Proceedings of 14 th ISPC, Aug. 2-6, 1999, Prague. P. 2279-2282.
6. A.Babaritski, M.Deminskiy, C.Etievant, V.Jivotov, B.Potapkin, V.Rusanov, E.Ryazantsev // Proceedings of 14 th ISPC, Aug. 2-6,1999, Prague. P. 2289-2294.
7. Ozlem Mutaf-Yardimei, Alexander A. Fridman, Lawrence A. Kennedy, Alexei V. Saveliev //Proceedings of 14 th ISPC, Aug. 2-6, 1999, Prague. P.2331-2336.
8. http://www.isuct.ru/istapc2008/PROC/1-32.PDF
9. Патент РФ 2466977, С07С 2/80, С07С 9/00
10. Патент РФ 2196730, С01В 13/00 (прототип)