- •Оглавление
- •Введение
- •1. Плазма в химической технологии
- •1.1. Основные предпосылки использования плазмы в химических процессах
- •1.2. 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
- •Энергии (энтальпии) энергоносителя Кривая 1 2 3 4 5 6 7
- •3.3. Кинетика плазмохимических процессов
- •Применимость классической химической кинетики к плазмохимическим процессам
- •3.4. Некоторые кинетические особенности и механизм превращения твёрдых углеродсодержащих веществ в плазме
- •4. Плазмохимическая переработка углеродсодержащего сырья
- •4.1. Научное обоснование плазмохимической переработки углеродсодержащих соединений
- •Промышленная реализация плазмохимического получения ацетилена из газообразных и жидких углеродсодержащих соединений
- •4.2.3. Плазмохимическое получение ацетилена из угля
- •Пребывания, с:
- •4.3. Плазменная конверсия углеродсодержащего природного сырья
- •Показатели процесса плазменной газификации подмосковного бурого угля и горючего сланца Джамского проявления
- •Характеристика твёрдого остатка плазменной паровой газификации горючего сланца
- •Распределение металлов в продуктах плазмохимической переработки горючих сланцев Джамского проявления
- •Содержание различных элементов в исходном сланце и степень их концентрирования в шлаке плазмохимической переработки (мас.%)
- •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*)
- •Сырья плазменным способом:
- •4.4. Плазменное получение технического углерода (сажи)
- •В состав производства сажи входят:
- •4.5. Совмещение процессов пиролиза и газификации в одном блоке. Эксергетический и термоэкономический анализ этой энерготехнологической системы
- •Парокислородной газификацией
- •Описание технологических схем
- •5. Плазмохимическая переработка промышленных и бытовых отходов
- •Углеводородный, хлоруглеводородный вариант
- •Топливный вариант
- •Сажевый вариант
- •6. Плазменно-энергетические технологии использования твёрдых топлив для снижения выброса парниковых газов
- •Заключение
- •Рекомендованная литература
- •Переработка углеродсодержащих веществ в высокотемпературной плазме
2. Генераторы низкотемпературной плазмы
Достижение высоких температур возможно разными способами. Наиболее распространённым 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 способом достижения высоких температур является адиабатическое сжатие газов. При высокой степени сжатия можно осуществить их диссоциацию и ионизацию. Однако этот способ 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, разделённую 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 нашёл применения в прикладной плазмохимии.
Основные способы получения стационарной низкотемпературной плазмы основаны на использовании различных электрических разрядов, таких как: тлеющий искровой; импульсный; барьерный; высокочастотный индукционный; высокочастотный емкостной; сверхвысокочастотный; электроискровой в кипящем слое; коронный, факельный, электродуговой; трансформаторный. Все эти перечисленные разряды реализуются в соответствующих плазмотронах, большей частью электродуговых и сверхвысокочастотных (СВЧ).
2.1. Выбор типа разряда и конструкции плазмотрона
Использование того или иного электрического разряда для создания плазмотрона, а также его конструкция определяются технологией и технико-экономическими показателями процесса. При выборе плазмотрона 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 плазмотроны, 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.