Способ получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества и установка для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества (варианты)
METHOD FOR PRODUCING LOW-TEMPERATURE PLASMA AND HOT GAS FOR PHYSICO-CHEMICAL EFFECT ON SUBSTANCES AND UNIT FOR PRODUCING LOW-TEMPERATURE PLASMA AND HOT GAS FOR PHYSICO-CHEMICAL EFFECT ON SUBSTANCES (VARIANTS)

Группа изобретений относится к области плазмохимии, а именно к способам получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества и установкам для его осуществления.
В промышленности при температурах 1000-5000 K и давлениях, близких к атмосферному проводят технологические процессы, инициированные плазмой, такие, как: плазмохимическую переработку углеродсодержащего сырья, пиролиз углеводородов, хлоруглеводородов, фторуглеводородов, получение элементов из оксидов, хлоридов, получение водородсодержащих газов, оксидов азота и тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, оксидов). Для проведения таких процессов исходные вещества подвергают физико-химическому воздействию низкотемпературной плазмы и горячих газов, получаемых в генераторах низкотемпературной плазмы (т.е. плазмотронах).
В промышленно применяемых плазмотронах для получения низкотемпературной плазмы используют электрические разряды в газах, возбуждаемые постоянным электрическим полем или переменными электромагнитными полями с частотами от 60 кГц до 5 ГГц. Обязательным условием успешного промышленного применения плазменных технологий является обеспечение непрерывной работы плазмотрона и аппаратов, создающих электромагнитные поля в плазмотроне, (т.е. ресурса работы плазмотрона) в течение сотен, а иногда и тысяч часов.
Это является весьма трудной задачей, так как элементы конструкций плазмотронов подвергаются воздействию плазмы и могут разрушаться.
Плазмотроны, работающие при частотах электромагнитного поля от 60 кГц до 5 ГГц, могут не иметь электродов, подверженных действию плазмы, и потому могут иметь большой ресурс непрерывной работы. Аппараты, создающие переменные электромагнитные поля в плазмотронах, имеют сложную конструкцию и малый коэффициент преобразования электрической энергии в энергию электрических разрядов в газах. В таких аппаратах используются электровакуумные приборы, имеющие небольшой ресурс работы, не более 1000 часов. Поэтому установки с плазмотронами, работающими при частотах электромагнитного поля от 60 кГц до 5 ГГц, имеют малое значение коэффициента полезного действия (КПД) и малую длительность непрерывной работы, из-за необходимости периодической замены аппаратов, создающих переменные электромагнитные поля в плазмотронах.
В промышленности наиболее часто используются электродуговые плазмотроны, в которых электрические заряды (электроны или ионы) эмитируются в плазму с электропроводящих электродов, описанных в книге «Теоретическая и прикладная плазмохимия», редактор Полак Л.С., издательство «Наука», Москва, 1975, с. 6-14. Электроды таких плазмотронов подвержены эрозии под действием плазмы и эмиссии электрических зарядов с опорных пятен электрических дуг, распложенных на поверхности электропроводящих электродов.
Известны электродуговые плазмотроны постоянного тока, у которых металлическая поверхность электродов покрыта пленкой жидкого электролита, например, «Плазмотрон с жидкими электродами (варианты)», описанный в патенте RU 2159520, опубликованном 20.11.2000. В этих плазмотронах жидкий электролит течет по вертикальной металлической поверхности электродов. Поверхность пленки жидкого электролита, с которой в плазму эмитируются электроны и ионы, непрерывно возобновляется. Из-за испарения жидкого электролита металлическая поверхность электродов эффективно охлаждается и оказывается, защищенной от эрозии под действием плазмы и электродуговых разрядов.
К недостаткам этих плазмотронов следует отнести то, что в них удается реализовать только малую плотность электрического тока с поверхности жидких электролитов и для достижения большой электрической мощности плазмотронов приходится использовать электроды с большой поверхностью. Турбулентные потоки плазмы в зазорах между электродами создают гидродинамические возмущения в пленке жидкого электролита, текущей по электродам. Толщина пленки случайным образом изменяется, и при больших плотностях тока на поверхности электродов происходит локальный электрический пробой жидкой пленки и осушение металлической поверхности электродов. Из-за этого образуются опорные пятна электрической дуги на осушенной металлической поверхности электродов, в которых происходит интенсивная эрозия электродов.
Известны электродуговые плазмотроны переменного тока, у которых опорные пятна электрических дуг перемещаются по поверхности электродов. Из-за этого происходит равномерная эрозия всей поверхности электродов и увеличивается их ресурс работы. «Электродуговой трехфазный плазмотрон» описан в патенте RU 2578197, опубликованном 27.05.2016. Этот плазмотрон содержит три осесимметричные дуговые камеры, объединенные общей смесительной камерой, снабженной соплом, и коллектор подачи рабочего газа. Каждая дуговая камера содержит полый цилиндрический электрод, крышку, конфузор, электромагнитную катушку, основной и дополнительный завихрители для тангенциальной подачи рабочего газа во внутренние полости электродов.
Электрические дуги переменного тока зажигаются на внутренней поверхности цилиндрических электродов. Опорные пятна дуг перемещаются с большой скоростью по окружности и вдоль оси цилиндрических электродов под действием вихревого электромагнитного поля, создаваемого электромагнитной катушкой, а вся внутренняя поверхность электрода непрерывно охлаждается вихревым потоком газа. Поэтому предотвращаются локальные перегревы поверхности электродов, и под действием опорных пятен дуг происходит равномерная эрозия всей внутренней поверхности электродов. Это позволяет увеличить ресурс работы электродов, но длительность непрерывной работы плазмотрона не превышает 1000 часов. Кроме того, стенки смесительной камеры плазмотрона и, особенно, ее сопло слабо защищены от действия плазмы и могут перегреваться и разрушаться при длительной работе плазмотрона.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой группы изобретений является группа изобретений «Плазмохимический способ получения синтез-газа и установка для его осуществления», раскрытые в патенте RU 2699124, опубликованном 03.09.2019.
В наиболее близком аналоге в смесительную камеру электродугового трехфазного плазмотрона подают основной и дополнительный исходные компоненты и осуществляют их плазмохимическое взаимодействие. Основной исходный компонент подают в дуговые камеры, являющиеся цилиндрическими электродами с внутренними полостями, соединенными со смесительной камерой. Включают источник трехфазного переменного напряжения и зажигают электродуговые разряды на внутренней поверхности полостей. Дополнительный исходный компонент подают в смесительную камеру электродугового плазмотрона непосредственно в область соединения электродуговых разрядов. Полученный синтез-газ охлаждают, при этом теплом, высвобождающемся при охлаждении синтез-газа, подогревают основной исходный компонент.
В этой группе изобретений внутренние поверхности цилиндрических электродов охлаждаются вихревым потоком основного газового исходного компонента, и опорные пятна дуг перемещаются по внутренней поверхности электрода под действием этого потока. В качестве дополнительного компонента используют воду, которую распыляют форсункой, и создают в смесительной камере газожидкостную струю, направленную в место соединения трех дуг. В этом месте в смесительной камере температура плазмы имеет максимальное значение, что позволяет проводить с большой скоростью реакции получения синтез-газа. Капли воды в газожидкостной струе испаряются, и это позволяет охлаждать газ, окружающий место соединения трех дуг, и изменением расхода воды регулировать температуру синтез-газа на выходе из смесительной камеры. Например, при реализации этой группы изобретений можно поддерживать температуру газа на выходе смесительной камеры, равной 1600 K, при которой 98% основного исходного компонента превращаются в синтез-газ, а стенки смесительной камеры могут длительно работать без разрушения из-за теплового воздействия электродуговых разрядов.
Недостатком этой группы изобретений является малый ресурс работы электродов, не превышающий 1000 часов и не позволяющий длительно работать плазмотрону без замены электродов.
Задачей заявляемой группы изобретений является увеличение ресурса электродуговых плазмотронов и обеспечение длительной непрерывной работы установок для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества при возможности регулирования на выходе установок температуры и состава низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества.
Технический результат применения заявляемой группы изобретений заключается в обеспечении непрерывного в течение длительных отрезков времени физико-химического воздействия на вещества потока низкотемпературной плазмы и горячего газа, имеющего состав и температуру, подходящие для выполнения технологических плазменных процессов.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается способ получения низкотемпературной плазмы горячего и газа для физико-химического воздействия на вещества, в котором выполняют последовательность следующих действий:
исходные компоненты для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа подают в смесительную камеру, снабженную электродами, имеющими внутренние полости;
первый компонент подают в смесительную камеру через внутренние полости электродов, соединенные со смесительной камерой;
подают электрическое напряжение на электроды, зажигают электродуговой разряд между электродами и поддерживают его стабильное горение;
второй компонент подают в электродуговой разряд, стабильно горящий между электродами;
продукты взаимодействия первого и второго компонентов с электродуговым разрядом выводят из смесительной камеры.
Первый компонент подают через внутренние полости электродов, закрытые на выходе в смесительную камеру пористыми материалами;
электродуговой разряд зажигают и поддерживают его стабильное горение между поверхностями пористых материалов, закрывающих внутренние полости электродов на выходе в смесительную камеру.
В качестве первого компонента используют жидкость, которой смачивают поверхности пористых материалов, установленных на выходе из внутренних полостей;
электродуговой разряд зажигают и поддерживают его стабильное горение между смоченными жидкостью поверхностями пористых материалов, закрывающих внутренние полости электродов на выходе в смесительную камеру.
В качестве первого компонента используют водный раствор электролита.
В качестве второго компонента, подаваемого в стабильно горящий разряд, используют смесь углеводородных газов, водяного пара и диоксида углерода;
концентрацию каждого газа во втором компоненте выбирают в диапазоне от 0% до 100%, но так, чтобы сумма концентраций всех газов была равна 100%;
второй компонент подают в смесительную камеру струей, направленной в электродуговой разряд, стабильно горящий между электродами.
В смесительную камеру подают третий компонент и для дополнительной стабилизации электродугового разряда и уменьшения его воздействия на внутреннюю поверхность смесительной камеры создают вихревое течение третьего компонента, закрученное вокруг струи второго компонента и стабильно горящего электродугового разряда;
в качестве третьего компонента используют смесь углеводородных газов, водяного пара и диоксида углерода;
концентрацию каждого газа в третьем компоненте выбирают в диапазоне от 0% до 100%, но так, чтобы сумма концентрации всех газов была равна 100%;
третий компонент выводят из смесительной камеры вместе с продуктами взаимодействия первого и второго компонентов с электродуговым разрядом.
Электродуговой разряд между электродами зажигают подачей на них переменного электрического напряжения, а стабильное горение электродугового разряда поддерживают подачей на электроды постоянного электрического напряжения.
Электродуговой разряд между электродами зажигают и поддерживают его стабильное горение подачей на электроды переменного электрического напряжения.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается первый вариант установки для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества, содержащей:
смесительную камеру;
электроды, имеющие внутренние полости, соединенные со смесительной камерой;
средства для подачи компонентов для получения газов для осуществления реакций;
источник электрического напряжения и средства для подачи на электроды электрического напряжения.
Установка содержит два электрода, имеющие элементы из пористого материала, через которые внутренние полости электродов соединены со смесительной камерой.
Смесительная камера выполнена в виде полого цилиндра, имеющего один заглушенный торец и второй открытый торец.
Первый электрод выполнен в виде цилиндрической металлической трубы, пропущенной насквозь через заглушенный торец цилиндра смесительной камеры с образованием коаксиальной полости между боковыми стенками смесительной камеры и первого электрода;
элемент из пористого материала первого электрода выполнен в виде цилиндрического стержня, имеющего полусферический торец и плотно вставленный в торец металлической трубы с расположением полусферического торца, обращенным в смесительную камеру.
Второй электрод выполнен в виде цилиндрической металлической трубы, состыкованной соосно первым своим торцом со вторым открытым торцом цилиндрической смесительной камеры;
элемент из пористого материала второго электрода выполнен в виде цилиндра, плотно вставленного во второй торец металлической трубы этого электрода;
внутри этого пористого элемента выполнен сквозной канал, соосный с цилиндрической металлической трубой второго электрода;
на торцах цилиндра из пористого материала второго электрода выполнены полусферические выемки, соединенные со сквозным каналом внутри пористого элемента;
на внешней боковой поверхности пористого элемента второго электрода выполнена кольцевая канавка, и поверхность этой канавки с внутренней поверхностью боковой стенки металлической трубы второго электрода образуют внутреннею полость этого электрода.
Средства для подачи первого компонента во внутренние полости каждого из электродов выполнены в виде каналов, предназначенных для входа во внутренние полости электродов и выхода из них потоков первого компонента и соединенных с источником первого компонента.
Средство для подачи второго компонента, выполнено в виде канала в боковой стенке цилиндрической смесительной камеры, соединяющего коаксиальную полость между боковыми стенками смесительной камеры и первого электрода с источником второго компонента. Средства для подачи электрического напряжения выполнены в виде электрических проводников, соединяющих источник электрического напряжения с металлическими трубами электродов, которые электрически изолированы друг от друга.
Смесительная камера изготовлена из металла, а между ней и металлической цилиндрической трубой второго электрода установлена электроизоляционная прокладка.
Смесительная камера изготовлена из электроизоляционного материала.
Пористые элементы электродов изготовлены из металла для обеспечения возможности зажигания электродугового разряда между поверхностями пористых электродов при использовании в качестве первого компонента смеси газа или неэлектропроводных жидкостей.
Пористые элементы электродов изготовлены из электроизоляционных материалов;
пористые материалы электродов изготовлены из порошка корунда.
В качестве первого компонента используется вода или водные растворы электролитов.
Для зажигания электродугового разряда между электродами используется источник переменного напряжения, а поддержания стабильного горения электродугового разряда используется источник постоянного напряжения.
Для зажигания между электродами электродугового разряда и поддержания его стабильного горения используется источник переменного напряжения.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается второй вариант установки для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества, содержащей:
цилиндрическую смесительную камеру, закрытую крышкой на одном торце;
три электрода для создания электродугового разряда в смесительной камере, установленных на боковой стенке цилиндрической смесительной камеры;
электроды выполнены в виде цилиндрически металлических труб, имеющие внутренние полости, соединенные со смесительной камерой, через которые подается первый компонент для получения газов для осуществления реакций;
трехфазный источник переменного электрического напряжения, подключенный к электродам;
устройство для подачи в смесительную камеру, через ее крышку, струи второго компонента для получения газа для осуществления реакций;
элементы из пористого материала, через которые первый компонент для получения газа для осуществления реакций подается из внутренних полостей электродов в смесительную камеру;
трубы для подачи смесительную полость третьего компонента для получения газа для осуществления реакций.
Элементы из пористого материала установлены в цилиндрических трубах электродов на выходе внутренних полостей электродов в смесительную камеру.
В качестве первого компонента для получения газа для осуществления реакций используется электропроводящая жидкость, смачивающая элементы из пористого материала для обеспечения возможности горения электродугового разряда между электродами, имеющими поверхность жидкости на пористых материалах.
Электроды, выполненные в виде металлических цилиндрических труб, пропущены через боковую стенку цилиндра смесительной камеры с элементами из пористого материала, обращенными внутрь смесительной камеры;
в электродах элементы из пористого материала выполнены в виде цилиндрических стержней, у которых один торец выполнен в виде полусферы;
стержни элементов из пористого материала плотно вставлены в трубы электродов так, чтобы полусферы на их торцах были направлены внутрь смесительной камеры;
трубы электродов пропущены через боковую стенку цилиндра смесительной камеры перпендикулярно оси этого цилиндра так, чтобы оси всех труб находились симметрично в одной плоскости со значением величины угла между ними, равным 120°, а расстояния от оси цилиндра смесительной камеры до полусфер на торцах стержней пористого материала были одинаковыми;
на торцах труб электродов установлены проточные камеры, снабженные трубами для входа и выхода жидкости циркулирующей через проточную камеру, а в качестве циркулирующей жидкости используется вода или водные растворы электролитов.
Крышка на торце цилиндра смесительной камеры выполнена в виде цилиндра, плотно вставленного в цилиндр смесительной камеры;
торец цилиндра крышки, обращенный наружу смесительной камеры, закрыт плоской крышкой, а другой торец цилиндра крышки закрыт крышкой в виде конуса, соосного с цилиндром смесительной камеры и обращенного основанием конуса внутрь смесительной камеры, с образованием герметичной полости внутри крышки;
в торец цилиндра крышки, обращенного наружу смесительной камеры, вставлены две трубы для подачи в герметичную полость внутри крышки воды, охлаждающей конус в крышке, обращенный внутрь смесительной камеры.
Устройство для подачи в смесительную камеру, через ее крышку, струи второго компонента для получения газа для осуществления реакций выполнено в виде трубы, пропущенной снаружи внутрь этой камеры насквозь через центр крышки смесительной камеры вдоль оси цилиндра смесительной камера.
Установка содержит две трубы для подачи третьего компонента для получения горячего газа, пропущенные снаружи внутрь через боковую стенку цилиндра смесительной камеры так, чтобы оси труб были параллельны линиям, касательными к поверхности цилиндра смесительной камеры;
торцы труб для подачи третьего компонента для получения горячего газа внутри смесительной камеры срезаны по форме внутренней поверхности цилиндра смесительной камеры для обеспечения возможности создания внутри смесительной потока третьего компонента, закрученного вокруг оси цилиндра смесительной камеры.
Цилиндрическая смесительная камера, один которой торец закрыт крышкой, а на втором торце имеет диафрагму;
диафрагма на втором торце цилиндра смесительной камеры выполнена в виде диска, плотно прилегающего к торцу цилиндра и имеющего в центре круглое отверстие;
отношение диаметра круглого отверстия к внутреннему диаметру цилиндра смесительной камеры выбрано в диапазоне от 0,45 до 0,6.
Пористые элементы электродов изготовлены из металла для обеспечения возможности зажигания электродугового разряда между поверхностями пористых электродов, во внутренние полости которые может подаваться в качестве первого компонента неэлектропроводная жидкость или смеси газа с жидкостью.
Пористые элементы электродов изготовлены из электроизоляционных материалов;
пористые материалы электродов изготовлены из порошка корунда.
Смесительная камера изготовлена из металла, а между ней и металлическими цилиндрическими трубами всех электродов установлены электроизоляционные прокладки.
Смесительная камера изготовлена из электроизоляционного материала;
смесительная камера изготовлена фторопласта.
Конус на крышке смесительной камеры, обращенный внутрь смесительной камеры, сделан из металла.
Труба для подачи второго компонента для получения газа для осуществления реакций сделана из металла.
Группа изобретений поясняется чертежами.
На фигуре 1 представлено схематичное изображение конструкции первого варианта установки для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества в виде разреза по оси цилиндрической смесительной камеры.
На фигуре 2 представлено схематичное изображение продольного разреза конструкции второго варианта установки для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества в виде разреза по оси цилиндрической смесительной камеры.
На фигуре 3 представлено схематичное изображение поперечного разреза конструкции второго варианта установки для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества в виде разреза перпендикулярного оси цилиндрической смесительной камеры.
На фигуре 1 показаны следующие элементы:
1 - цилиндрическая смесительная камера, имеющая один заглушенный торец и второй открытый торец;
2 - труба первого электрода, пропущенная насквозь через заглушенный торец цилиндра смесительной камеры;
3 - коаксиальная полость между боковыми стенками смесительной камеры и трубой первого электрода;
4 - элемент из пористого материала первого электрода, плотно вставленный в торец трубы 2 первого электрода;
5 - труба второго электрода, состыкованная соосно своим торцом с открытым торцом цилиндрической смесительной камеры;
6 - цилиндр из пористого материала второго электрода, плотно вставленного во второй торец металлической трубы этого электрода;
7 - сквозной канал внутри цилиндра пористого материал второго электрода, соосный с трубой второго электрода;
8 - полусферические выемки на торцах цилиндра из пористого материала второго электрода, соединенные со сквозным каналом внутри пористого элемента;
9 - кольцевая канавка на внешней боковой поверхности пористого элемента второго электрода;
10 - каналы, для входа во внутренние полости электродов и выхода из них потоков первого компонента;
11 - канал в боковой стенке цилиндрической смесительной камеры;
12 - электроизоляционная прокладка между смесительной камерой и трубой второго электрода.
На фигурах 2 и 3 показаны следующие элементы:
13 - цилиндрическая смесительная камера, закрытая крышкой на одном торце;
14 - три трубы электродов для создания электродугового разряда в смесительной камере, пропущенные через боковую стенку цилиндрической смесительной камеры;
15 - три стержня из пористого материала, имеющие полусферические торцы и плотно вставленные в трубы электродов так, чтобы полусферические торцы были направлены внутрь смесительной камеры;
16 - три проточные камеры, установленные на торцах труб электродов и снабженные трубами для входа и выхода жидкости циркулирующей через проточную камеру;
17 - цилиндрическая крышка, плотно вставленная в цилиндр смесительной камеры;
18 - труба для подачи в смесительную камеру струи второго компонента, пропущенная насквозь через центр крышки вдоль оси цилиндра смесительной камера;
19 - две трубы, вставленные в торец крышки для подачи в герметичную полость внутри крышки воды;
20 - две трубы, для подачи смесительную камеру третьего компонента для получения газа для осуществления реакций;
21 - диафрагма, установленная на открытом торце смесительной камеры;
22 - металлический конус, закрывающий герметичную полость крышки смесительной камеры.
Способ получения низкотемпературной плазмы горячего и газа для физико-химического воздействия на вещества с помощью первого варианта установки осуществляют следующим образом.
Через каналы 10 подают жидкость, предпочтительно водный раствор электролита, и создают течение жидкости во внутренней полости трубы 2 первого электрода и кольцевой канавке 9 на внешней боковой поверхности цилиндра 6 из пористого материала второго электрода. Жидкость просачивается в смесительную камеру 1 через элемент 4 из пористого материала первого электрода и цилиндр 6 из пористого материала второго электрода и смачивает поверхности пористых материалов, обращенные внутрь смесительной камеры 1.
К трубам 2 и 5 электродов подключают источник, предпочтительно, переменного напряжения промышленной частоты 50 или 60 Гц и зажигают электродуговой разряд между смоченными жидкостью поверхностями пористых материалов. Для облегчения первоначального зажигания разряда к трубам 2 и 5 электродов может быть подключен источник переменного напряжения высокой частоты, например, равной 60 кГц.
Для зажигания и дальнейшего стабильного горения электродугового разряда электроизоляционная прокладка 12 между смесительной камерой 1 и трубой 5 второго электрода должна быть такой, чтобы в нее не возникал электрический пробой при напряжениях источников промышленной и высокой частоты, подключенных к трубам 2 и 5 электродов, при непрерывной работе установки.
После стабилизации горения электродугового разряда подают второй компонент для получения газа через канал 11 в боковой стенке цилиндрической смесительной камеры 1 в коаксиальную полость 3 между боковыми стенками смесительной камеры 1 и трубой 2 первого электрода. Второй компонент смешивается с низкотемпературной плазмой, образовавшейся из жидкости в электродуговом разряде, а образовавшаяся смесь выходит через сквозной канал 7 внутри цилиндра 6 в пористом материале второго электрода. Полусферические выемки 8 на торцах цилиндра 6 из пористого материала второго электрода способствуют перемешиванию потока низкотемпературной плазмой, образовавшейся из жидкости в электродуговом разряде, с потоком газов второго компонента. Поток газов второго компонента сначала сжимается в первой полусферической выемке 8 на торце цилиндра 6 из пористого материала второго электрода, проходит через сквозной канал 7, а затем расширяется вместе с потоком низкотемпературной плазмой во второй полусферической выемке 8 на втором торце цилиндра 6 из пористого материала второго электрода. Такое сжатие и расширение потоков создает сильную турбулентность потоков и ускоряет перемешивание газов и низкотемпературной плазмы.
В смеси газов и плазмы происходят процессы ионизация смеси газов второго компонента, диссоциации молекул газов, с образованием радикалов и плазмохимические реакции между веществами первого и второго компонентов. Эти реакции могут быть экзотермическими и эндотермическими, но их суммарный тепловой эффект при смешении газов второго компонента с низкотемпературной плазмой, образовавшейся из жидкости в электродуговом разряде, всегда будет отрицательным. Смесь газов второго компонента и низкотемпературной плазмы на выходе из установки будет меньше, температура плазмы в электродуговом разряде.
Температура плазмы в электродуговом разряде может лежать в диапазоне 5000-1000 K, а температуру смеси газов и ее состав на выходе из установки можно регулировать изменением состава и расхода газов второго компонента на входе в канал 11 в боковой стенке цилиндрической смесительной камеры 1. При уменьшении значений температуры плазмы от 5000-10000 K до значений, например, 1500-2500 K происходит быстрая рекомбинация ионов плазмы с образованием возбужденных молекул, атомов и многоатомных радикалов.
Для выполнения некоторых промышленных процессов, инициируемых физико-химическим воздействием на вещества потока низкотемпературной плазмой и горячим газом, надо генерировать сильно ионизированную плазму высокой температуры. При выполнении некоторых промышленных процессов, инициируемых физико-химическим воздействием на вещества потока низкотемпературной плазмой и горячим газом, возбужденные молекулы, атомы и многоатомные радикалы в потоке газов из установки оказываются более активными частицами, чем ионы в плазме.
Например, при использовании первого варианта установки для крекинга тяжелых остатков переработки нефти, инициируемого потоком низкотемпературной плазмы и горячих газов, температура потока из установки в реактор может лежать в диапазоне 2000-2500 K. При такой температуре потока ионы плазмы уже почти полностью подверглись рекомбинации (разрядились). В потоке присутствуют возбужденные молекулы газа, атомы водорода и радикалы.
Эти химически активные частицы инициируют быстрые цепные реакции крекинга тяжелых многоатомных углеводородных молекул. В результате этих реакций из жидких остатков переработки нефти, имеющих температуру начала кипения 300-350°С, получаются следующие массовые выходы продуктов:
92% жидких фракций углеводородов с температурой кипения 80-300°С;
5% газов, не конденсирующихся при температурах больших 80°С;
3% кокса.
В этом примере применения первого варианта установки для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества, имеющей электрическую мощность 30-50 кВт, газ с температурой 2300-2500 K подавали из установки в цилиндрический реактор. В реакторе форсункой распыляли жидкий мазут, имеющий температуру 400-700 K, с расходом 1000 кг/час. При перемешивании горячего газа с каплями мазут они испарялись и в реакторе происходили быстрые реакции крекинга, инициируемые ионами, возбужденными молекулами газа, атомами водорода и радикалами. Газообразные продукты крекинга мазута выводили из реактора.
При промышленном применении установки можно изменением расхода и состава второго регулировать в широких диапазонах температуру и состав потока газов на выходе из установки. Это позволяет использовать установку для выполнения различных промышленных процессов, инициируемых физико-химическим воздействием на вещества потока низкотемпературной плазмы и горячим газа.
После возникновения стабильно горящего электродугового разряда источник напряжения высокой частоты может быть отключен или он может непрерывно работать параллельно с источником переменного напряжения промышленной частоты. При непредвиденном потухании электродугового разряда в работающей установке, например, из-за непредвиденного увеличения расхода компонентов для получения газов или из-за изменения их составов надо будет регулировать подачу этих компонентов.
При постоянно подключенном к электродам источнике напряжения высокой частоты после восстановления условий для стабильного горения электродугового разряда этот источник обеспечит повторное зажигание разряда. Это увеличивает надежность установки, так как позволяет ее использовать для непрерывного выполнения промышленных процессов, инициируемых физико-химическим воздействием на вещества потока низкотемпературной плазмы и горячего газа, с возможными кратковременными непредвиденными остановками и быстрым запуском установки после устранения причин остановки.
При первоначальном зажигании электродугового разряда между поверхностями пористых материалов, смоченными жидкостью, предпочтительно водным раствором электролита, с поверхности жидкости могут эмитироваться ионы, присутствующие в жидкости. Свободные электроны в растворах электролитов отсутствуют, и такие растворы имеют ионную электрическую проводимость.
При зажигании разряда, когда на поверхность холодной жидкости действует только электрическое поле, создаваемое источниками переменного напряжения, диссоциация молекул жидкости и выход электронов в газовую фазу маловероятен. В стабильно горящем электродуговом разряде может происходить рождение электронов при поглощении молекулами и ионами излучения плазмы и происходить размножение электронов в плазме в результате их столкновений с другими частицами плазмы.
Водный раствор электролита на поверхности пористых материалов при стабильно горящем разряде нагревается излучением разряда и находится в состоянии кипения. Молекулы водяного пара, вышедшие из жидкости, могут участвовать в размножении электронов в плазме, но большая часть электрического заряда из электродов в плазму переносится ионами электролита при испарении воды.
В плазме вблизи электрода, являющегося катодом, пористая поверхность которого покрыта водным раствором электролита, накапливаются положительно заряженные ионы - катионы. Из испаряющейся жидкости эмитируются отрицательно заряженные ионы - анионы. Вблизи электрода, являющегося анодом, наоборот, в плазме накапливаются анионы, а из испаряющейся жидкости эмитируются катионы.
При подключении к электродам источника переменного напряжения любой электрод в один полупериод переменного напряжения выполняет функцию катода. В следующем за ним полупериоде электрод выполняет функцию анода. Из водного раствора электролита при испарении воды в разные полупериоды переменного напряжения эмитируются катионы и анионы. Поэтому концентрация электролита в пористых материалах электродов мало увеличивается, и в порах из-за испарения раствора не может откладываться большое количество твердых осадков электролита, забивающих поры. Уменьшению отложений твердых осадков электролита во внутренних полостях электродов также способствует непрерывный проток раствора электролита через каналы 10, соединенные с этими полостями.
При небольшой начальной концентрации электролита в растворе на входе во внутренние полости электродов или при использовании водных растворов электролитов, не дающих твердых осадков при испарении воды, например, растворов солей и кислот, установка может непрерывно работать в течение длительных отрезков времени. При использовании электролитов, могущих давать твердые осадки при испарении воды, например, гидроксидов металлов, пористые материалы электродов можно будет периодически промывать в непрерывно работающей установке подачей растворов кислот во внутренние полости электродов.
При длительной работе установки металлические трубы электродов могут подвергаться электрохимической коррозии из-за протекания переменного электрического тока через трубы и контактирующий с ними раствор электролита и дальнейшей эмиссии из него ионов в плазму электродугового разряда.
2
На границе между металлом раствором электролита всегда образуется двойной слой электрических зарядов. Ионы из раствора адсорбируются на поверхности металла, а свободные электроны в металле притягиваются к его поверхности или отталкиваются от нее в зависимости от знака заряда ионов, адсорбированных на металле. Из-за этого между металлом и раствором электролита возникает некоторая разность электрических потенциалов. Граница между металлом и раствором электролита всегда является электрической емкостью. Удельная величина этой емкости в зависимости от свойств металла и раствора электролита, а также от внешней разности электрических потенциалов между внутренними объемами металла и раствора, может изменяться в диапазоне от 0,1 до 10 Ф/м.
При подключении источника переменного напряжения к электродам и протекании переменного тока через металлические трубы электродов, раствор электролита и электродуговой разряд поверхность металла электродов становятся по отношению к раствору электролита катодом или анодом в разных полупериодах переменного напряжения. При этом к поверхности металла, являющейся в одном полупериоде напряжения анодом, из раствора притягиваются анионы и отталкиваются от нее катионы, а электрическая емкость двойного слоя сначала разряжается, затем заряжается ионами другого знака.
При перезарядке емкости двойного электрического на аноде электрический ток от металла электрода передается в электролит только из-за переноса ионов электролита от анода в раствор и обратно из раствора к аноду. После перезарядки электрической емкости двойного слоя на поверхности металла в присутствии воды происходят электрохимические реакции выделения кислорода из воды и окисления металла с образованием его ионов, растворяющихся в воде, или оксидов металла, не растворяющихся в воде и остающихся на поверхности металла.
В другом полупериоде напряжения поверхность металла становится катодом, на котором сначала происходит перезарядка электрической емкости двойного слоя без протекания электрохимических реакций. После этой перезарядки на поверхности металла происходят электрохимические реакции восстановления ионов металла, растворившихся в воде, или оксидов на поверхности металла. Кроме того, происходят электрохимические реакции выделения водорода из воды.
При протекании переменного тока через границу металла с электролитом электрохимические реакции не могут быть полностью обратимыми. Поэтому происходят процессы растворения металла или могут происходить процессы выделения мелких частичек оксидов металла, которые отрываются от поверхности пузырьками водорода и кислорода, выделяющихся в электрохимических реакциях. Эти процессы могут разрушать металлические трубы электродов и уменьшать ресурс их непрерывной работы. Мелкие частицы оксидов металлов могут переноситься потоком электролита в пористые материалы и забивать их поры.
Для предотвращения разрушения труб 2 и 5 электродов и забивания мелкими частицами пор элементов 4 и 6 из пористого материала надо для изготовления труб 2 и 5 использовать металлы, у которых поверхность покрыта пленкой оксидов, не разрушающимися в электрохимических реакциях в водных растворах электролитов. Кроме того, предпочтительно использовать водные растворы с малой концентрацией электролита и малой концентрацией ионов хлора, например, не дистиллированную техническую воду.
В таких растворах в течение длительных отрезков времени могут быть устойчивыми в электрохимических реакциях при переменном напряжении, прикладываемом к электродам, следующие материалы:
сталь с большим содержанием хрома, поверхность которой в контакте с водой покрыта пленкой оксидов хрома;
медь, покрытая пленкой хрома (хромированная электрохимическим способом);
чистый алюминий, поверхность которого покрыта пленкой оксида алюминия, не разрушающейся при контакте с нейтральными и слабокислыми водными растворами;
титан, поверхность которого покрыта прочной пленкой оксидов титана, толщина и прочность которой может увеличиваться при электрохимических реакциях на переменном токе.
В водных растворах с малой концентрацией электролита при использовании всех этих материалов в качестве анода происходит выделение кислорода в раствор электролита и окисление металла кислородом, диффундирующим через пленку оксида. При использовании этих материалов в качестве катода происходит выделение водорода в раствор и частичное восстановление оксида.
При электрохимических реакциях на переменном токе скорость анодного окисления металла может быть равна или больше скорости катодного восстановления оксидов металлов. Поэтому толщина пленок оксидов металлов не уменьшается при электрохимических реакциях на переменном токе, а пористость пленок оксидов, наоборот, может уменьшаться.
После первоначального включения установки и зажигания электродугового разряда внутренние поверхности труб 2 и 5 электродов установки, изготовленных из перечисленных материалов, в течение некоторого отрезка времени подвергаются преобразованию. В окислительных и восстановительных электрохимических реакциях при переменном токе, протекающем через границу между электродами и раствором электролита, поры в пленках оксидов на их поверхности забиваются вновь образующимися оксидами. Толщина пленки оксидов на поверхности труб 2 и 5 периодически изменяется в соответствии с периодом переменного напряжения. При этом толщина пленки оксидов колеблется вблизи среднего значения, соответствующего среднему значению плотности переменного тока через поверхность труб 2 и 5.
Диффузия водорода, образующегося при катодных электрохимических реакциях, через плотные пленки оксидов хрома, алюминия и титана сильно затруднена из-за того, что эти оксиды при низких температурах химически не реагируют с водородом. Поэтому почти весь водород, образующийся в катодных электрохимических реакциях, выделяется в электролит, и между пленкой оксидов и металлом труб не образуются пузырьки водорода, способные оторвать пленки оксидов от металла. В анодных электрохимических реакциях водород, проникший под пленку оксидов, окисляется и выделяется в раствор электролита.
Кислород, образующийся в анодных электрохимических реакциях на границах между электродами и раствором электролита, может диффундировать через пленку оксидов и окислять металл под пленкой оксидов, увеличивая ее толщину. В катодных электрохимических реакциях оксиды, образовавшиеся в анодных реакциях, окисляются, и избыточный кислород выделяется в раствор электролита.
Поэтому пленки оксидов могут при протекании через них переменного тока непрерывно обновляться, оставаясь прочно связанными с металлом труб 2 и 5, а установка может непрерывно работать в течение длительных отрезков времени без остановок для замены труб 2 и 5 электродов.
Каналы 10, находящиеся при работе установки под действием переменного напряжения, надо изготавливать из таких же материалов, из которых изготовлены трубы 2 и 5 электродов.
Для предотвращения электрохимического разрушения каналов 10 и труб 2 и 5 электродов предпочтительно использовать растворы с малой концентрацией электролита. Для уменьшения разрушения труб электродов в катодных электрохимических реакциях предпочтительно использовать водные растворы электролита, содержащие растворенный кислород или диоксид углерода. В таких растворах на катоде электрохимические реакции восстановления кислорода будут конкурировать с реакциями выделения водорода из воды, и водород может вообще не выделяться.
Плазма в электродуговом разряде будет нагревать излучением стенки смесительной камеры 1 и стенки трубы 2 электрода, а охлаждать их будут потоки компонентов, подаваемых в установку. При этом почти вся теплота, переданная от разряда стенкам, возвращается потоками компонентов в плазму, а температура стенок остается не очень большой при длительной непрерывной работе установки. В описанном выше примере применения установки для крекинга нефтяного сырья температура стенок смесительной камеры 1 не превышала 100°С.
Элементы 4 и 6 из пористых материалов эффективно охлаждаются из-за испарения раствора электролита, смачивающего их поверхность, обращенную к плазме электродугового разряда. В упомянутом примере применения установки их температура также не превышала 100°С.
При длительной работе установки эти элементы непрерывно подвергаются физико-химическому воздействию низкотемпературной плазмы горячего и газа и могут разрушаться. Для предотвращения элементов 4 и 6 из пористых материалов их надо изготавливать из химически стойких материалов. Корунд, имеющий температуру плавления 2050°С и не подвергающийся химическим превращениям в средах, содержащих кислород и водород, при их температурах меньших 1500°С вполне подходит для изготовления элементов из пористых материалов. Электропроводность корунда при таких температурах очень маленькая, и поэтому на нем при контакте с раствором электролита не могут происходить электрохимические реакции, разрушающие поверхность пористых элементов.
При подключении к электродам источника переменного один из этих электродов, например, трубу 5, можно заземлить. Тогда переменный электрический ток из этого электрода не будет передаваться через раствор электролита в его источники, если они также будут заземлены. В этом случае при зажигании и горении электродугового разряда труба 2 электрода будет находиться под высоким переменным электрическим потенциалом относительно земли. Из этого электрода по раствору электролита может передаваться переменный электрический ток в заземленные источники электролита, т.е. возникнут утечки электрического тока из установки, уменьшающие ее электрический коэффициент полезного действия.
Для уменьшения этих утечек электрического тока и обеспечения безопасной эксплуатации установки надо каналы 10, связанные с трубой 2 электрода, соединить с заземленными источниками раствора электролита с помощью труб сделанных из электроизоляционного материала и имеющих достаточно большую длину. Если электрическое сопротивление раствора электролита в трубе от его источника до трубы 2 будет намного больше электрического сопротивления от этой трубы через электродуговой разряд до трубы 5, то утечки электрического тока через электролит будут небольшими. На элементах источников электролита не будут возникать большие электрические потенциалы, и они будут электрически безопасными при их эксплуатации.
Для уменьшения утечек электрического тока в источники раствора электролита предпочтительно использовать растворы с низкой концентрацией электролита и малой электрической проводимостью. При использовании таких растворов в трубах электродов увеличатся электрические сопротивления раствора электролита. Он будет нагреваться при протекании переменного электрического тока, но вся теплота, истраченная на нагрев раствора, будет передаваться в электродуговой разряд, и электрический коэффициент полезного действия установки не будет уменьшаться.
Таким образом, первый вариант установки может иметь большой ресурс непрерывной работы и обеспечивать непрерывно в течение длительных отрезков времени физико-химическое воздействие на вещества потока низкотемпературной плазмы и горячего газа, имеющего состав и температуру, подходящие для выполнения технологических плазменных процессов.
Способ получения низкотемпературной плазмы горячего и газа для физико-химического воздействия на вещества с помощью второго варианта установки осуществляют следующим образом.
Через проточные камеры 16 подают жидкость, предпочтительно водный раствор электролита, и создают течение жидкости во внутренних полостях труб 14 электродов. После того, как жидкость смачивает поверхности стержней 15, обращенные в смесительную камеру 13, к электродам подключают трехфазный источник переменного напряжения, который на фигурах 2 и 3 не показаны, и зажигают электродуговые заряды между смоченными раствором электролита полусферическими торцами стержней 15.
После стабилизации горения электродуговых разрядов через трубу 18, пропущенную насквозь через центр крышки смесительной камеры, подают струю второго компонента для получения газа, направленную в область горения разрядов. Через две трубы 20, пропущенные через боковую стенку смесительной камеры, подают третий компонент для получения газа для осуществления реакций и создают его вихревой поток, закрученный вокруг струи второго компонента и области горения электродуговых разрядов.
Потоки второго и третьего компонентов смешиваются с плазмой электродуговых разрядов. При смешении этих компонентов с плазмой происходят плазмохимические реакции с образованием ионов, радикалов, атомов и возбужденных молекул газа. Образуется поток продуктов плазмохимических реакций, закрученный вокруг оси цилиндрической смесительной камеры 13, который выводят из установки через круглое отверстие в диафрагме 21.
Изменением расхода и состава второго и третьего компонентов регулируют температуру и состав потока продуктов плазмохимических реакций. При входе в отверстие в диафрагме 21 этого потока, закрученного вокруг оси смесительной камеры 21, его состав, давление, температура и скорость будут неравномерно распределены по площади круглого отверстия диафрагмы.
При сохранении момента количества движения закрученного потока и его сжатии на входе в круглое отверстие в диафрагме 21 окружная скорость потока будет увеличиваться. Центробежная сила, действующая на газ в закрученном потоке, создает профиль распределения давления газа с минимумом давления в центре круглого отверстия и его максимумом на окружной кромке диафрагмы 21.
Из-за этого в центре отверстия возникает возвратное течение газа по оси цилиндра смесительной камеры 13, направленное внутрь камеры к области горения электродугового разряда между стержнями 15 из пористого материала. При этом поток третьего компонента, закрученный по боковым стенкам смесительной камеры 13, сразу после выхода из отверстия в диафрагме 21 частично возвращается в электродуговой разряд и участвует в плазмохимических реакциях вместе потоком второго компонента.
Это позволяет изменением расходов и составов второго и третьего компонентов регулировать температуру и состав низкотемпературной плазмы и горячего газа на выходе из установки. При этом часть холодного потока третьего компонента обтекает кромки круглого отверстия в диафрагме 21 и предотвращает их перегрев и разрушение горячим газом, выходящим из установки.
Для создания возвратного течения третьего компонента по оси цилиндра смесительной камеры 13 предпочтителен выбор отношения диметра круглого отверстия в диафрагме 21 к внутреннему диаметру смесительной камеры 13 в диапазоне 0,45-0,6. При уменьшении этого отношения до значений, меньших 0,45, поток продуктов плазмохимических реакций между первым и вторым компонентами может вытекать из диафрагмы тонким вихревым плазменным шнуром, а третий компонент будет мало участвовать в плазмохимических реакциях.
При увеличении упомянутого отношения диаметров до значений, больших 0,6, поток третьего компонента будет смешиваться с потоком второго компонента и с потоком плазмы из разряда еще до выхода всех потоков из смесительной камеры, и будет участвовать в плазмохимических реакциях. В этом случае кромки круглого отверстия в диафрагме будут подвергаться воздействию горячего газа, и для предотвращения их перегрева и разрушения надо будет их дополнительно охлаждать каким-то другим теплоносителем.
Во втором варианте установки объем горячей плазмы, созданный электродуговыми разрядами между тремя электродами и могущий иметь среднюю температуру более 5000 К, расположен приблизительно в центре смесительной камеры 13. Излучение из этого объема нагревает боковые стенки цилиндра смесительной камеры 13, металлический конус 22 на крышке 17 смесительной камеры 13, трубы 14 и 19, диафрагму 21.
Для предотвращения перегрева излучением и больших утечек теплоты из установки эти элементы надо охлаждать и возвращать теплоту, передаваемую им излучением плазмы, в плазмохимические процессы, происходящие в установке.
Боковые стенки смесительной камеры 13 и диафрагму 21 охлаждают потоком третьего компонента, закрученного вокруг струи второго компонента и области плазмы, созданной электродуговыми разрядами. Многоатомные газы, содержащиеся в третьем компоненте: смесь углеводородных газов, водяной пар и диоксид углерода, эффективно поглощают излучение плазмы и ослабляют поток излучения плазмы, передаваемый боковым стенкам смесительной камеры и диафрагме. Большая часть теплоты, переданной излучением плазмы третьему компоненту, возвращается в плазмохимические процессы при его смешении со вторым компонентом и возвратным потоком третьего компонента в плазму, образующемся в круглом отверстии диафрагмы 21.
Металлический конус 22 отражает большую часть излучения плазмы на струю второго компонента, в которой многоатомные газы поглощают прямое излучение плазмы и отраженное от конуса излучение. Теплота, преданная излучением многоатомным газам, возвращается струей второго компонента в плазмохимические процессы. Теплота излучения, поглощенного конусом 22, передается воде, подаваемой через трубы 19 в герметичную полость внутри крышки 17. Эту воду можно нагревать до температуры большей 100°С и использовать ее для генерации водяного пара, подаваемого во второй и третий компоненты, т.е. возвращать в плазмохимические процессы.
При таком охлаждении элементов установки, нагреваемых излучением плазмы, утечки теплоты из установки и температура внешней поверхности стенок смесительной камеры будут не большими. Во втором варианте установки, имеющей внутренний диаметр смесительной камеры 13, равный 110 мм, ее длину, равную 90 мм, при электрической мощности установки, равной 50 кВт, температура внутренней поверхности стенок смесительной камеры 13 не превышала 100°С. Это позволило сделать смесительную камеру из фторопласта.
Трехфазный источник переменного напряжения, который на фигурах 2 и 3 не показан, должен быть подключен к трубам 14 электродов по схеме «звезда». Три трубы 14 должны быть соединены проводниками с клеммами трех фаз источника переменного напряжения, а нулевая клемма, с которой соединены все три фазы источника, может быть заземленной. При таком подключении к источнику трех труб 14 электродов переменные электрические токи всех трех фаз будут протекать по раствору электролита в трубах 14 и в порах стержней 15 из пористого материала, и замыкаться через три электродуговых разряда в объеме плазы.
Этот объем при работе установки будет иметь электрический потенциал относительно земли, приблизительно равный нулю. Поэтому низкотемпературную плазму вместе с горячими газами можно выводить из установки для физико-химического воздействия на вещества, без возбуждения в этих веществах блуждающих электрических токов и их утечек в оборудование и в землю.
На трех проточных камерах 16, через которые раствор электролита подается из источника электролита в трубы 14 электродов, при работе установки будут большие переменные электрические потенциалы относительно земли. Эти камеры должны быть соединены с источником электролита трубами, сделанными из электроизоляционного материала, а источник электролита должен быть заземлен.
По раствору электролита, протекающему в этих трубах, будет течь трехфазный электрический ток, и замыкаться на землю в источнике электролита. Для уменьшения утечек тока из установки на землю трубы, сделанные из электроизоляционного материала должны быть достаточно длинными. При этом в установке предпочтительно использовать растворы с малой концентрацией электролита и малой электрической проводимостью.
Если электрическое сопротивление потоков раствора электролита от проточных камер 16 до заземленного источника электролита будет намного больше, чем электрическое сопротивление раствора электролита от труб 14 электродов до полусферических торцов стержней 15, то утечки тока в источник электролита не будут существенно уменьшать электрический коэффициент полезного действия установки.
Для уменьшения при работе установки электрохимического разрушения труб 14 электродов и проточных камер 16 они должны быть сделаны из материалов, способных к пассивации поверхности от коррозии в растворе электролита. Предпочтительно их надо делать металлов, поверхность которых покрыта растворе электролита прочной пленкой оксидов, таких, как:
сталь с большим содержанием хрома, поверхность которой в контакте с водой покрыта пленкой оксидов хрома;
медь, покрытая пленкой хрома (хромированная электрохимическим способом);
чистый алюминий, поверхность которого покрыта пленкой оксида алюминия, не разрушающейся при контакте с нейтральными и слабокислыми водными растворами;
титан, поверхность которого покрыта прочной пленкой оксидов титана.
При использовании таки материалов пленки оксидов на границе между металлом и раствором электролита могут при протекании через них переменного тока непрерывно обновляться в электрохимических реакциях, оставаясь прочно связанными с металлом труб 14 электродов и проточных камер 16. Установка сможет непрерывно работать в течение длительных отрезков времени без остановок для замены труб 14 электродов и проточных камер 16.
Стержни 15 из пористого материала предпочтительно должны быть сделаны из корунда. Такие стержни не будут подвергаться химическим и электрохимическим превращениям в средах, содержащих кислород, водород и ионы из раствора электролита при их температурах меньших 1500°С. При горении электродуговых разрядов в установке из-за испарения воды с полусферических торцов стержней 15 их температура не будет превышать 100°С, и они не будут разрушаться под действием плазмы электродуговых разрядов.
Таким образом, второй вариант установки может иметь большой ресурс непрерывной работы и обеспечивать непрерывно в течение длительных отрезков времени физико-химическое воздействие на вещества потока низкотемпературной плазмы и горячего газа, имеющего состав и температуру, подходящие для выполнения технологических плазменных процессов.
Все элементы двух вариантов установок могут быть сконструированы и изготовлены специалистами в области электротехники и плазмохимии, и поэтому заявленные установки и способ являются промышленно применимыми.