2. Генераторы низкотемпературной плазмы

Достижение высоких температур возможно разными способами. Наиболее распространенным является горение. Теоретическая температура горения органических веществ в воздухе составляет обычно 2300 К, а при использовании кислорода в качестве окислителя она может превышать 3000 К. Достижение более высоких температур в этом случае ограничено существенным тепловым эффектом эндотермических реакций диссоциации продуктов горения, которые требуют больших затрат энергии, не обеспечиваемых теплотой сгорания топлива.

Другим методом достижения высоких температур является адиабатическое сжатие газов. При высокой степени сжатия можно осуществить их диссоциацию и ионизацию. Однако этот метод не нашел широкого распространения в плазмохимических процессах, хотя для проведения некоторых реакций он, по-видимому, перспективен.

Условия, обеспечивающие получение низкотемпературной плазмы, могут быть достигнуты также в ударной волне при высоких числах Маха. На практике для этого используют трубу, разделенную мембраной, по разные стороны которой находится газ с существенно различным давлением. Если разрушить мембрану, то в трубе начинает перемещаться ударная волна, позволяющая при высоких начальных перепадах давления достигать значительных температур. Однако и этот способ из-за сложности организации непрерывного процесса не нашел применения в прикладной плазмохимии.

Основные методы получения стационарной низкотемпературной плазмы основаны на использовании различных электрических разрядов, таких как: а) тлеющий искровой; б) импульсный; в) барьерный; г) высокочастотный индукционный; д) высокочастотный емкостной; е) сверхвысокочастотный; ж) электроискровой в кипящем слое; з) коронный, факельный, электродуговой; и) трансформаторный. Все эти перечисленные разряды реализуются в соответствующих плазмотронах, большей части электродуговых и СВЧ.

2.1. Выбор типа разряда и конструкции плазмотрона

Использование того или иного разряда для создания плазмотрона, а также его конструкция определяются технологией и технико-экономическими показателями процесса. При выборе генератора низкотемпературной плазмы учитывают требуемую мощность, ресурс работы на плазмообразующем газе заданного химического состава, параметры плазменной струи (температуру, скорость, отсутствие загрязнений продуктами эрозии электродов), КПД (отношение энергии, затраченной на нагрев газа и химические реакции, к потребляемой энергии), удобство обслуживания и безопасность эксплуатации. При определении КПД установки плазмотрона следует учитывать потери энергии в источнике питания и подводящих коммуникациях.

Если отсутствуют специальные требования к чистоте целевого продукта, то чаще всего выбирают электродуговые подогреватели газа, а при наличии таких требований - безэлектродные (индукционные или емкостные) высокочастотные плазмотроны. Электродуговые плазмотроны работают практически на любых газах. Их применяют также в тех случаях, когда требуемая мощность превышает 300-500 кВт.