Плазмохімічний реактор

Изобретение относится к оборудованию для плазмохимической обработки газовых потоков и может быть использовано при очистке вредных газовых выбросов в различных отраслях хозяйства. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является выбранный в качестве прототипа генератор низкотемпературной плазмы (плазмотрон, плазмохимический реактор) комбинированной схемы с магнитогазовихревой стабилизацией дугового разряда, содержащий цилиндрические охлаждаемые электроды, изоляторы, соленоиды стабилизации характеристик 1и положения дуги, устройства осевого и тангенциального ввода рабочего тела. В этом реакторе цилиндрические электроды установлены последовательно и образуют проточную камеру, в которую через межэлектродный радиальный зазор подается с тангенциальной закруткой основное рабочее тело, а с торца одного из электродов подается дополнительное рабочее тело. Характеристики и положение дуги электрического разряда стабилизируются соленоидами, формирующими специальной конфигурации магнитное поле. Недостатком этого устройства является низка» эффективность использования как основного, так и дополнительного рабочего тела. Кроме того, при увеличении расхода дополнительного рабочего тела может происходить проскок его через центральную область проточной части, что в ряде случаев является недопустимым с точки зрения воздействия как на параметры плазмохимического процесса, так и на окружающую среду. Существенным недостатком устройства является малая площадь реакционной зоны в месте ввода основного рабочего тела и низкая производительность устройства. В основу изобретения поставлена задача упрощения конструкции и повышения ее эффективности путем устранения возможности проскока необработанного дополнительного рабочего тела через его приосевую зону. Поставленная задача решается следующим образом: В реакторе, содержащем охлаждаемые цилиндрические электроды, изоляторы и соленоид согласно изобретению, электроды выполнены коаксиальными и установлены один внутри другого, вн утренний электрод выполнен с центральным отверстием, причем наружный профиль внутреннего электрода и внутренний профиль внешнего электрода образуют проточную часть в виде кольцевого сопла Лаваля, над критическим сечением которого установлен соленоид, а угол a между осевым сечением поверхности директрисеы выходной части сопла Лаваля и осью электродов определяют по соотношению sina>D/(2Vt) где D-диаметр сечения поверхности директриссы на срезе сопла; V - скорость потока газа на выходе сопла Лаваля; t - время релаксации активных частиц, генерируемых в зоне кольцевого дугового разряда между коаксиальными электродами. В качестве наружного электрода может быть использован трубопровод, по которому транспортируется обрабатываемый газ. На чертеже изображен схематично предлагаемый плазмохимический реактор. Реактор включает наружный кольцевой электрод 1, в качестве которого может быть использован участок транспортного трубопровода 2, и внутренний кольцевой электрод 3 с центральным отверстием 4. Внутренний электрод 3 установлен внутри трубопровода на изоляторах (на чертеже не показаны), а наружный электрод 1 соединен с клеммой заземления 5. Наружный профиль внутреннего электрода 3 и внутренний профиль наружного електрода 1 образуют проточную часть 6 в виде кольцевого сопла Лаваля. Снаружи внешнего электрода 1, в районе критического сечения сопла, установлен соленоид 7. Соленоид 7 и электроды 1 и 3 подключены соответственно к автономным источникам электропитания 8 и 9. Работает плазмохимический реактор следующим образом. Транспортируемый по трубопроводу 2 поток газа (показан стрелками) в системе электродов 1 и 3 разделяется на два потока: центральный, проходящий через центральное отверстие 4 внутреннего кольцевого электрода 3, и наружный кольцевой, проходящий через проточную часть 6 между электродами 1 и 3, выполненную в виде сопла Лаваля. Включают источник электропитания 8 соленоида. При этом в районе критической части кольцевого сопла Лаваля создается магнитное поле с вектором магнитной индукции, параллельным оси транспортного трубопровода 2. Включают источник электропитания 9 цепи разряда и известными методами, например высоковольтным, инициируют разряд в потоке газа. Дуговой разряд поджигается в области критического сечения сопла Лаваля, при этом электродинамическое взаимодействие между радиальной составляющей вектора тока разряда и вектора магнитной индукции поля соленоида 7 приводит к азимутальной закрутке электрической дуги. Электрическая дуга скользит в кольцевом зазоре между электродами 1 и 3, создавая тем самым квазинепрерывный кольцевой разряд. Скорость вращения дуги регулир уется током разряда и величиной вектора магнитной индукции соленоида 7, т.е. током соленоида 7. Проходящий через кольцевой зазор между электродами 1 и 3 газ разогревается. В результате электронных взаимодействий с атомами и молекулами газа возникают химически активные частицы (возбуждаемые атомы и радикалы), которые поступают в вы ходную проточную часть б кольцевого сопла Лаваля и направляются к оси трубопровода 2, где через центральное отверстие4 внутреннего электрода 3 протекает неактивированный поток транспортируемого газа. Угол а, образуемый осевым сечением поверхностидиректриссы кольцевого сопла Лаваля б с осью трубопровода 2 выбран таким образом, чтобы активные частицы обязательно пересекали ось трубопровода. Это условие соблюдается, когда произведение времени релаксации активных частиц t на скорость V их движения на выходе из сопла Лаваля будет больше длины траектории их пролета от зоны дугового разряда до оси трубопровода Vt>D/2sina), где D - диаметр выходного сечения поверхности-директриссы кольцевого сопла. При этом химически активные частицы обрабатывают центральный поток газа, в результате чего необходимые химические реакции протекают во всем потоке обрабатываемого газа. Дальнейшее повышение эффективности процесса проведения плазмохимических реакций может быть достигнуто п утем ввода дополнительного рабочего тела, генерирующего химически активные частицы, например, паров воды, в зону электрического разряда. Разделение обрабатываемого потока газа на две части - обрабатываемую активно в электрической дуге и обрабатываемую пассивно образовавшимися в первой части потока активными радикалами - позволяет получить в результате направленного смешения этих потоков полностью обработанный поток при меньших энергетических затратах за счет уменьшения доли энергии, идущей на повышение энтальпии потока в электрической дуге.