
- •1. Плазма в химической технологии
- •1.1.Основные предпосылки использования плазмы в химических процессах
- •I.2.Плазмохимические процессы
- •2. Генераторы низкотемпературной плазмы
- •2.1. Выбор типа разряда и конструкции плазмотрона
- •2.2.Электродуговые плазмотроны
- •2.3.Высокочастотные плазмотроны
- •3 .Теоретические основы плазмохимических процессов
- •3.1.Термодинамика плазмохимических процессов
- •3.2. Термодинамический анализ процессов превращения углеродсодержащих веществ в квазиравновесной низкотемпературной плазме
- •3.3.Кинетика плазмохимических процессов
- •3.3.1. Применимость классической химической кинетики к плазмохимическим процессам
- •3.4. Некоторые кинетические особенности и механизм превращения твердых углеродсодержащих веществ (тув) в плазме
- •4. Плазмохимическая переработка углеродсодержащего сырья
- •4.1.Научное обоснование плазмохимической переработки углеродсодержащих соединений
- •4.2.Плазмохимический пиролиз углеродсодержащих соединений
- •4.2.2. Промышленная реализация плазмохимического производства ацетилена из газообразных и жидких углеродсодержащих соединений
- •4.2.3.Плазмохимическое получение ацетилена из угля
- •4.3.Плазменная конверсия углеродсодержащего природного сырья
- •Показатели процесса плазменной газификации подмосковного бурого угля и горючего сланца Джамского проявления
- •Характеристика твердого остатка плазменной паровой газификации горючего сланца
- •Концентрирование элементов в шлаке плазмохимической переработки
- •Баланс распределения рения в продуктах плазмохимической переработки горючих сланцев
- •Баланс распределения урана в продуктах плазмохимической переработки горючих сланцев
- •Сравнительная оценка различных способов получения водорода по сырьевым и энергетическим расходным показателям*)
- •4.4. Плазменное получение технического углерода (сажи)
- •4.5. Совмещение процессов пиролиза и газификации в одном блоке. Эксергетический и термоэкономический анализ этой энерготехнологической системы
- •5. Плазмохимическая переработка промышленных и бытовых отходов
- •1.Углеводородный, хлоруглеводородный вариант.
- •2.Топливный вариант
- •3.Сажевый вариант.
- •Плазменно-энергетические технологии использования твердых топлив
- •Рекомендательный список литературы
- •Содержание
2.3.Высокочастотные плазмотроны
Как было сказано выше, высокочастотные разряды (а, соответственно, и плазмотроны) могут быть электродными (коронный, факельный) и безэлектродными (ВЧИ – высокочастотные индукционные, ВЧЕ – высокочастотные емкостные, СВЧ - сверхвысокочастотные). Основные преимущества безэлектродных плазмотронов перед электродными (в том числе электродуговыми) состоят в следующем высокий ресурс работы (тысячи часов); отсутствие загрязнения получаемых в плазмохимическом реакторе материалов продуктами эрозии электродов; возможность работы на чистом кислороде и других агрессивных плазмообразующих газах.
К недостаткам высокочастотных плазмотронов следует отнести невысокий общий КПД установок и сложность создания установок большой мощности. Так мощность ВЧ-плазмотронов 0,5 МВт (и до 1 МВт), у СВЧ 0,1 МВт, а КПД не превышает 0,6.
Термин «СВЧ-плазма» объединяет плазменные образования, полученные в различных СВЧ-устройствах (плазмотронах). В настоящее время разработаны многочисленные СВЧ-устройства для получения плазмы и свойства последней неизбежно зависят от способа ее получения. Эти устройства определяют структуру электромагнитного поля, энергетическую эффективность устройства, широкополосность, зависимость свойств плазмы от частоты, уровни минимальной и максимальной мощности. Поэтому при необходимости анализа такой плазмы более целесообразно рассматривать СВЧ-разряд-систему, представляющую плазму в конкретном газоразрядном устройстве.
СВЧ-разрядами (микроволновыми разрядами) обычно называют разряды, создаваемые с помощью электромагнитных волн с частотой, превышающей 300 МГц. Разрешенными для промышленных, медицинских и научных применений являются частоты 460, 915, 2450, 5800, 22125 МГц. Наиболее часто используется частота 2450 МГц.
СВЧ-разряды заняли прочное место в ряду других генераторов плазмы. Свойства таких разрядов и полученной в них плазмы рассматриваются во всех аспектах, связанных с физикой плазмы, плазмохимией и плазменными технологиями.
Методы получения и технические приемы, которые используются для получения СВЧ-плазмы соответственны СВЧ-диапазону и отличны от применяемых при более низких частотах. Плазма может быть создана при давлениях от 1,33.10-2 Па до атмосферного в импульсном и непрерывном режимах, используемые средние мощности лежат в пределах от единиц ватт до сотен киловатт.
Основным элементом СВЧ-разряда является устройство, позволяющее вводить электромагнитную энергию в разрядный объем. Существует порядка 10 групп, на которые могут быть условно разделены все конструкции СВЧ-диапазона.
Основными достоинствами СВЧ-разрядов являются:
Простота получения плазмы с высоким удельных энерговкладом (> 1 Вт/см3).
Простота получения плазмы с малыми энерговкладами (<< 1Вт/см3).
Широкая область рабочих давлений (от 1,33.10-2 Па до давлений, превышающих атмосферное давление).
Возможность создания как квазиравновесной, так и существенно неравновесной плазмы.
Простота управления внутренней структурой разряда путем изменения электродинамических характеристик устройства ввода СВЧ-энергии в плазму.
Возможность создания плазмы в безэлектродных и электродных системах (в последнем случае отсутствует загрязнение объема и образцов продуктами эрозии электродов).
Возможность создания плазмы в малых и больших объемах, включая свободное пространство (атмосфера Земли).
Возможность обработки больших поверхностей сканированием области плазменного образования, имеющего малые размеры.
Возможность совместного воздействия плазмы и электромагнитного поля на объекты в плазме для увеличения эффективности процесса.
Разработанные семейства разнообразных эффективных СВЧ-генераторов плазмы позволяют выбрать конструкцию для любых применений.