Процес і пристрій для підсилення конденсації та розділяння у сепараторі плинних матеріалів

1. Процес для підсилення конденсації і розділяння в сепараторі плинних матеріалів, у якому: - плинна суміш прискорюється у звуженій частині каналу перепускання потоку і тим самим розширюється та адіабатично охолоджується таким чином, що принаймні деякі початково газоподібні компоненти стають пересиченими і конденсуються; - принаймні деякі сконденсовані компоненти видаляються із плинної суміші в каналі перепускання потоку в місці нижче за потоком від звуженої частини; - плинну суміш, що тече через канал перепускання потоку, опромінюють шляхом випромінювання, яке достатнє для збудження та/або іонізації одного чи більше плинних компонентів. 2. Процес за п. 1, де плинна суміш містить природний газ з одним чи більше плинними компонентами, що збуджуються і/або іонізуються шляхом опромінювання електромагнітним випромінюванням з вибраним частотним спектром. 2 (19) 1 3 92187 4 ня, містить ртуть, воду, ароматичні вуглеводні, двоокис вуглецю і/або сульфід водню. 9. Процес за п. 7, в якому концентрацію пари, яку потрібно конденсувати на іонах, піддають моніторингу і, якщо ця концентрація стає нижче певної вибраної величини, пару, що конденсується на іонах, упорскують у плинний потік у місці поблизу ділянки опромінювання. 10. Процес за п. 1, де сепаратором є циклонний сепаратор, який містить: - практично трубчастий канал перепускання потоку і звужену частину; - засоби завихрення, які надають вихороподібного руху плинній суміші, що тече через канал перепускання потоку; і - ділянку розділяння плинних матеріалів, розташовану в каналі перепускання потоку нижче за потоком від звуженої частини і від засобів завихрення, де зазначена ділянка розділяння плинних матеріалів містить центральний вихідний канал і кільцевий вихідний канал, який коаксіально оточує центральний вихідний канал, при цьому збагачена на рідину фракція плинного матеріалу спрямовується потоком у кільцевий вихідний канал, а збід нена на рідину фракція плинного матеріалу спрямовується потоком у центральний вихідний канал. 11. Сепаратор плинних матеріалів, який містить: - канал перепускання потоку зі звуженою частиною для прискорення і тим самим для розширення та адіабатичного охолодження плинної суміші, що крізь неї тече, таким чином, що принаймні деякі початково газоподібні плинні компоненти конденсуються; - розділяльну частину, розташовану в каналі перепускання потоку нижче за потоком від звуженої частини, в якій принаймні деякі сконденсовані компоненти видаляються із плинної суміші в канал перепускання потоку в місці нижче за потоком від звуженої частини; і - джерело випромінювання для підсилення конденсації принаймні одного компонента плинної суміші, що тече по каналу перепускання потоку. 12. Сепаратор плинних матеріалів за п. 11, де зазначеним сепаратором плинних матеріалів є наближений до звукового або надзвуковий циклонний сепаратор плинних матеріалів, а джерело випромінювання пристосоване випускати ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі 253,65 нм. Даний винахід стосується процесу для підсилення конденсації та розділяння у сепараторі плинних матеріалів. Із європейського патенту ЕР 1017465-В та європейських патентних заявок ЕР1438540-А і ЕР1499419-А відомо про розділяння плинної суміші у сепараторі плинних матеріалів, в якому плинна суміш прискорювалася у звуженій частині каналу перепускання потоку, де ця плинна суміш розширялася та охолоджувалася таким чином, що принаймні деякі початково газоподібні компоненти конденсувалися і принаймні деякі сконденсовані компоненти після цього видалялися із плинної суміші в каналі перепускання потоку нижче за потоком від звуженої частини. У цитованих вище європейському патенті ЕР 1017465-В та європейській патентній заявці ЕР1438540-А описані циклонні сепаратори з циліндричним каналом перепускання потоку, в котрому плинна суміш могла прискорюватися до наближеної до звукової та до надзвукової швидкості і де прискореній плинній суміші надавався вихороподібний рух лопаттю або лопатями вихрування. У циклонному сепараторі плинних матеріалів, описаному в європейському патенті ЕР 1017465-В, лопаті вихрування розташовувалися нижче за потоком від звуженої частини каналу перепускання потоку, а в циклонному сепараторі плинних матеріалів, описаному в європейській патентній заявці ЕР1438540-А, лопаті вихрування розташовувалися вище за потоком від звуженої частини каналу перепускання потоку. В європейській патентній заявці ЕР1499419-А описаний сепаратор, у котрий упорскували потік крапель, що несли електричний заряд, через щілинне або трубчасте сопло, в якому цей плинний потік прискорювався до наближеної до звукової або до надзвукової швидкості і в результаті цього розширявся та охолоджувався. Цей сепаратор мав електростатично заряджену стінку, яка притягала до себе заряджені електрикою краплі, котрі служили центрами утворення зародків конденсації та акумулювали на собі інші початково газоподібні компоненти багатофазного плинного потоку, із котрих принаймні деякі ставали пересиченими при їх охолодженні в соплі. В японській патентн ій публікації JP10277355 описаний процес для видалення забруднень із повітря, що вдувалося в чисту камеру для виготовлення напівпровідників, де для активації утворення зародків конденсації забруднень застосовувалося джерело ультрафіолетового (УФ) світла. Повітродувка не забезпечувала охолодження повітря, і потребувався великогабаритний блок для охолодження повітря до такої температури, щоб забезпечувалася конденсація води та інших забруднень. Таким чином, цей процес потребував великогабаритного устаткування зі значним енергоспоживанням. У роботі під назвою „Photoinduced nucleation in supersaturated mercury vapour" (Фото-індуковане утворення зародків конденсації в пересичених парах ртуті), опублікованій 15 червня 1998 р. авторами Н. Uchtmann, R. Dettmer, S.D. Barovskii i F.Hensel в журналі [Journal of Chemical Physics, volume 108, № 23], повідомлялося, що швидкість утворення зародків конденсації зростала, коли пересичені пари ртуті піддавали електромагнітному опромінюванню, яке поглиналося атомами парів ртуті. Описані в цій публікації експерименти проводилися в розташованій вверху за потоком термодифузійній камері. У патенті США № 6,663,690 описане видаляння елементарної ртуті із димових газів установок з 5 вугільним нагрівом шляхом селективної іонізації атомів ртуті за допомогою ультрафіолетового випромінювання з наступним електростатичним осадженням атомів ртуті. У цьому процесі атоми ртуті збуджувалися ультрафіолетовим випромінюванням, а потім іонізувалися випромінюванням іншої довжини хвилі і приводилися в контакт з пересиченою водяною парою, внаслідок чого утворювалися заряджені краплі, котрі акумулювалися і видалялися із потоку димових газів у нижній частині витяжної труби. Таким чином, витяжна труба тут служила камерою осадження рідини, де заряджені краплі видалялися із потоку димових газів, які рухалися вгору і швидкість яких була достатньо низькою, щоб перешкоджати витягуванню заряджених часток угору потоком димових газів. Недоліком процесів видалення ртуті, описаних у патенті США № 6,663,690, було те, що плинна суміш повинна була проходити через камери осадження рідини з такою низькою швидкістю, щоб рідкі компоненти мали можливість мігрувати на дно камери розділяння й осаджуватися на ньому. Таким чином, ці процеси потребували великогабаритних елементів устаткування. Метою даного винаходу є створення процесу розділяння плинних матеріалів, який не потребує застосування великих камер гравітаційного осадження. Метою даного винаходу є також створення процесу розділяння плинних матеріалів, у котрому збудження певного компонента активує конденсацію цього компонента і/або іонізація певного компонента створює зародок конденсації для інших плинних компонентів, наприклад полярних компонентів, пересиченого плинного матеріалу таким чином, що в додаток до зв'язування іонізованих компонентів у рідкій фазі підсилюється також конденсація інших компонентів. Суть винаходу Поставлена мета досягається даним винаходом у процесі для підсилення конденсації в сепараторі плинних матеріалів, де: - плинна суміш прискорюється у звуженій частині каналу перепускання потоку і тим самим розширюється та охолоджується таким чином, що принаймні деякі початково газоподібні компоненти стають пересиченими і конденсуються; - принаймні деякі сконденсовані компоненти видаляються із плинної суміші в каналі перепускання потоку в місці нижче за потоком від звуженої частини; - конденсація принаймні деяких пересичених компонентів підсилюється шляхом опромінювання плинної суміші, що тече через канал перепускання потоку, джерелом випромінювання; і - плинна суміш прискорюється у звуженій частині до наближеної до звукової або до надзвукової швидкості і в результаті цього піддається практично адіабатичному охолодженню. Було встановлено, що коли початково пересичений пароподібний компонент переходить із свого основного стану у збуджений стан у результаті поглинання випромінювання, це викликає активацію гомогенної конденсації даного збудженого па 92187 6 роподібного компонента. Активація гомогенної конденсації шляхом приведення початково пересиченого компонента у збуджений стан у результаті поглинання випромінювання у подальшому зветься „фото-індукованим утворенням зародків конденсації". Було також встановлено, що компоненти, котрі приводяться в іонізований стан шляхом поглинання випромінювання, активують гетерогенну конденсацію інших пересичених компонентів, які не поглинають випромінювання. У результаті іонізовані компоненти діють як кращі зародки конденсації для інших газоподібних компонентів і, зокрема, для полярних молекул. Активація конденсації інших газоподібних компонентів шляхом іонізації компонентів у подальшому зветься „іонноіндукованим утворенням зародків конденсації". Вищезгадана плинна суміш може містити природний газ, а вищезгаданий процес може використовуватися для видалення одного чи більше плинних компонентів, таких як ртуть, вода, ароматичні вуглеводні, двоокис вуглецю і/або сульфід водню, які збуджуються і/або іонізуються шляхом піддавання плинної суміші електромагнітному опромінюванню з певним частотним спектром, який містить принаймні одну спектральну лінію одного із плинних компонентів, який потрібно збуджувати і/або іонізувати. У кращому варіанті здійснення винаходу запропонований процес включає у себе стадії: - опромінювання плинної суміші першим джерелом випромінювання, яке випускає електромагнітне випромінювання в частотному спектрі, котрий приводить принаймні один початково газоподібний компонент у збуджений стан; - опромінювання плинної суміші другим джерелом випромінювання, яке випускає електромагнітне випромінювання в іншому частотному спектрі, відмінному від частотного спектру першого джерела випромінювання, в каналі перепускання потоку, іонізуючи принаймні один газоподібний компонент, що був приведений у збуджений стан першим джерелом випромінювання; - приведення в контакт іонізованого компоненту з плинним матеріалом, що містить пересичену пару, наприклад, полярної речовини на зразок води, котра утворює зародки конденсації на іонах, у результаті чого утворюються краплі, що містять іонізовані компоненти. Вищезгаданим сепаратором може служити циклонний сепаратор, який містить: - практично циліндричний канал перепускання потоку і звужену частину; - засоби вихрування, які надають вихороподібний рух плинній суміші, що тече через канал перепускання потоку; і - ділянку розділяння плинних матеріалів, розташовану в каналі перепускання потоку нижче за потоком від звуженої частини і від засобів вихрування, де зазначена ділянка розділяння плинних матеріалів містить центральний вихідний канал і кільцевий вихідний канал, який коаксіально оточує центральний вихідний канал, а збагачена на рідину фракція плинного матеріалу спрямовується потоком у центральний вихідний канал. 7 Сепаратор плинних матеріалів згідно з даним винаходом містить: - канал перепускання потоку зі звуженою частиною для прискорення і тим самим для розширення та охолодження плинної суміші, що крізь неї тече, таким чином, що принаймні деякі початково газоподібні плинні компоненти конденсуються; - роздільну частину, розташовану в каналі перепускання потоку нижче за потоком від звуженої частини, в котрій принаймні деякі сконденсовані компоненти видаляються із плинної суміші в канал перепускання потоку в місці нижче за потоком від звуженої частини; і - джерело випромінювання для підсилення конденсації принаймні одного компонента плинної суміші, що тече по каналу перепускання потоку; - де звужена частина має таку конфігурацію, що плинна суміш в цій частині прискорюється до наближеної до звукової або до надзвукової швидкості і в результаті цього практично в адіабатичних умовах охолоджується. В одному з варіантів здійснення винаходу сепаратором плинних матеріалів служить наближений до звукового або надзвуковий циклонний сепаратор плинних матеріалів, а джерело випромінювання пристосоване випускати випромінювання у спектрі, котрий містить, наприклад, довжину хвилі 253,65 нм для збудження атомів ртуті. Ці та інші переваги та особливості процесу і пристрою згідно з даним винаходом описані в доданих тут формулі винаходу, рефераті та більш докладному описі кращих варіантів здійснення винаходу з поясненнями на доданих фігурах креслення. Перелік фігур креслення На Фіг. 1 схематично у поздовжньому розрізі показаний сепаратор згідно з даним винаходом у першому варіанті його здійснення, в котрому передбачене джерело випромінювання для активації конденсації шляхом фото-індукованого утворювання зародків конденсації принаймні одного плинного компонента. На Фіг. 2 схематично у поздовжньому розрізі показаний сепаратор згідно з даним винаходом у другому варіанті його здійснення, в котрому передбачені два джерела випромінювання для активації конденсації шляхом іонно-індукованого утворювання зародків конденсації принаймні одного плинного компонента. На Фіг. 3 схематично у поздовжньому розрізі показаний циклонний сепаратор плинних матеріалів, у котрому впорскується потік крапельного пилу i передбачене джерело випромінювання для підвищення ефективності розділяння плинних матеріалів. Докладний опис кращих варіантів здійснення винаходу На Фіг.1 показаний циклонний інерційний сепаратор з вхідним пристроєм вихрування, який має центральне грушоподібне тіло 1, у котрому установлений ряд лопатей 2 вихрування i котре є коаксіальним центральній осі 1 сепаратора усередині корпуса сепаратора, створюючи кільцевий прохід 3 потоку між центральним тілом 1 i корпусом сепаратора. Даний сепаратор, крім того, має 92187 8 трубчасту звужену частину 4, із котрої при роботі сепаратора виходить вихровий потік у розширену камеру 5 розділяння плинних матеріалів, обладнану центральним первинним вихідним каналом 7 для газоподібних компонентів i зовнішнім вторинним вихідним каналом 6 для плинних компонентів, збагачених на матеріали, що конденсуються. Центральне тіло 1 має практично циліндричну довгасту хвостову частину 8 з установленим на ній вузлом лопатей 9 спрямовування потоку. Центральне тіло 1 має найбільший зовнішній розмір по ширині або діаметру 2R0 max, котрий є більшим, ніж найменший внутрішній розмір по ширині або діаметру 2Rn min трубчастої звуженої частини 4. Лопаті 2 вихрування встановлені під певним кутом ( ) відносно центральної осі 1 i створюють циркуляцію (Г) потоку плинного матеріалу. У кращому варіанті кут має величину в інтервалі від 20° до 50°. Потік плинного матеріалу далі спрямовується в кільцеву зону 3 потоку. У кільцевому просторі 3 нижче за потоком від лопатей 2 вихрування вихровий потік плинних матеріалів розширяється до високої, в кращому варіанті наближеної до звукової або надзвукової, швидкості, де середній радіус кільцевої зони потокового каналу 4 поступово зменшується. Під час цього кільцевого розширювання відбуваються два процеси. (1) Теплота або ентальпія (h) потоку зменшується на величину Δh = -1/2 U2, внаслідок чого конденсуються складові потоку, які першими досягають фазової рівноваги. У результаті цього виникає вихровий потік вологого туману, що складається з дрібних рідких або твердих часток. (2) Тангенціальна компонента швидкості зростає обернено-пропорційно середньому радіусу Uφ кільця відповідно до такого рівняння: Uφ кінцевий = Uφ початковий - (Rmax середній/Rmin середній). У результаті сильно зростає відцентрове прискорення (ас) часток плинної речовини, яке зрештою приймає величину, що визначається рівнянням: ас = (Uφ кінцевий2 / Rmin середній). У трубчастій звуженій частині 4 потік плинної речовини може піддаватися подальшому розширюванню до більш високої швидкості або ж він може утримуватися на практично постійній швидкості. У першому випадку процес конденсації буде тривати й надалі, а частки будуть збільшувати свою масу. У другому випадку конденсація практично зупиниться по витіканні визначеного часу релаксації. І в тому і в іншому варіантах процесу відцентрова сила примушує частки дрейфувати далі на периферію потокової зони, сусідньої до внутрішньої стінки корпуса сепаратора, яка зветься зоною розділяння. Час дрейфу часток у цю периферію потокової зони визначає довжину трубчастої звуженої частини 4. Нижче за потоком від трубчастої звуженої частини 4 „мокрі" плинні компоненти, збагачені на 9 матеріали, що конденсуються, намагаються концентруватися поблизу внутрішньої поверхні розширюваної камери 5 розділяння плинних матеріалів, а „сухі" газоподібні плинні компоненти концентруються на центральній осі 1 або поблизу неї, після чого „мокрі" плинні компоненти, збагачені на мокрі матеріали, що конденсуються, виходять у вторинний зовнішній вихід 6 плинного матеріалу через низку щілин (мікро)пористих ділянок, де „сухі" газоподібні компоненти потрапляють у центральний первинний вихідний канал 7 плинного матеріалу. У розширюваному первинному вихідному каналі 7 плинного матеріалу потік цього матеріалу далі сповільнюється і його залишкова кінетична енергія перетворюється на потенціальну енергію. Цей розширюваний первинний вихідний канал обладнаний вузлом лопатей 9 спрямування потоку для відновлення енергії циркуляції. Конденсація в загальному випадку складається з двох процесів, що відбуваються одночасно: процесу утворення нових крапель, який зветься утворюванням зародків конденсації, і процесу подальшого росту вже існуючих крапель. Швидкість J утворювання зародків конденсації визначається кількістю нових крапель, утворюваних у кубічному метрі за секунду. Величина J залежить від властивостей речовини, парціального тиску пари цієї речовини і температури. Циклонний сепаратор плинних матеріалів згідно з даним винаходом обладнаний джерелом 10 ультрафіолетового (УФ) випромінювання, яке випускає УФ випромінювання крізь прозоре вікно 11 у стінці між кільцевою ділянкою 3 і трубчастою звуженою частиною 4 у багатофазний потік плинних матеріалів у частотному спектрі, який поглинається принаймні деякими плинними компонентами, такими як ртуть, ароматичні вуглеводні, сульфід водню (H2S) і/або двоокис вуглецю (СО2), внаслідок чого відбувається перехід цих компонентів у збуджений стан та активується процес утворення зародків конденсації. Швидкість утворення зародків конденсації на ртуті у нормальному стані є настільки малою, що пара ртуті не може видалятися із природного газу в циклонному сепараторі, якщо відбувається лише звичайне гомогенне зародкоутворення цієї речовини. Швидкість утворення зародків конденсації на ртуті та інших газоподібних матеріалах значно зростає, коли їхні пари піддаються опромінюванню енергією, що поглинається молекулами цих парів. У даному описі і в доданій Формулі винаходу це явище фігурує під назвою „фото-індукованого зародкоутворення". Потужний ефект фотоіндукованого зародкоутворення в парах ртуті спостерігався, коли атоми ртуті піддавалися збудженню випромінюванням оптичного діапазону. Шляхом піддавання ртутєвмісного потоку природного газу дії випромінювання з відповідними довжиною хвилі 1 та інтенсивністю швидкість зародкоутворення на ртуті може бути підвищена до такого рівня, що ртуть можна буде видаляти в циклонному сепараторі плинних матеріалів. 92187 10 Збудження атомів ртуті в кращому варіанті здійснюється за допомогою УФ випромінювання з довжиною хвилі 253,65 нм. У сепараторі, зображеному на Фіг. 1, таке випромінювання подається у звужену частину 4, де плинна суміш охолоджується до низької температури з метою досягнення максимальної швидкості зародкоутворення. Висока масова густина ртуті в потоці сприяє ефективному відокремленню сконденсованих крапель ртуті від потоку газу. Джерелом 10 випромінювання може служити ртутна лампа низького тиску, що випускає УФ випромінювання з довжиною хвилі 253,65 нм. Для збудження всіх атомів ртуті в типовому газовому потоці з об'ємною витратою 1x106м3 за день і концентрацією ртуті 200 мкг/м3 потребується поглинання атомами ртуті потужності випромінювання не менше 5,5 Вт. Складовими природного газу, окрім парів ртуті, що поглинають випромінювання з довжиною хвилі 253,65 нм, є також ароматичні вуглеводні, зокрема, бензол, толуол і ксилол. У типовому складі природного газу загальна концентрація ароматичних сполук становить не більше 0,1 молярних частин, %, а величина поглинання ними 253,65 нм випромінювання є такого ж порядку, що й поглинання ртуттю. Таким чином, джерело 10 випромінювання з однією чи кількома ртутними лампами низького тиску повинно забезпечувати потужність випромінювання на хвилі 253,65 нм порядку десятків ват. На Фіг. 2 показаний циклонний сепаратор плинних матеріалів, який є по суті таким самим, що й сепаратор, показаний на Фіг. 2, і має перше джерело 20 випромінювання, у спектрі якого міститься довжина хвилі 1, що приводить ртуть або інші компоненти газового потоку в збуджений стан (для ртуті кращим збудженим станом є 63Р1), і друге джерело 21 випромінювання, спектр якого містить одну чи більше інших довжин хвиль - 2, 3,..., n, котрі іонізують збуджену ртуть або інші компоненти. Слідом за цим йдуть процеси зародкоутворення одного чи більше парів, наявних у газовому потоці, на іонах і видалення іоновмісних рідких крапель вихровим рухом газового потоку. Якщо в природному газі містяться пари ртуті, то наявна в цьому газі водяна пара буде утворювати зародки конденсації на іонах ртуті, слідом за чим на ртутєвмісних водяних краплях буде відбуватися гетерогенна конденсація алканів. Після цього під дією вихрового руху газового потоку утворені краплі конденсату будуть видалятися. За винятком системи двох джерел 20 і 21 випромінювання, решта конфігурації циклонного пристрою розділяння, показаного на Фіг.2, має геометрію, подібну тій, що має пристрій, зображений на Фіг.1, у зв'язку з чим відповідні компоненти тут позначені позиціями, аналогічними позиціям компонентів пристрою на Фіг.1. У пристрої на Фіг. 2 обидва джерела 20 і 21 випромінювання розташовані у вхідній частині сепаратора вище за потоком від лопатей 2 вихрування. При цьому перше джерело 20 випромінювання збуджує атоми ртуті і/або інші атоми, а друге джерело 21 - іонізує збуджені таким чином атоми. 11 У разі потреби нижче за потоком від ділянки опромінювання може бути прикладене електричне поле, символічно показане позначкою „+" для видалення вивільнених електронів із газового потоку з метою запобігання швидкій рекомбінації іонів ртуті та цих електронів. Використовуваний у даному описі і Формулі винаходу термін „збудження атома" означає, що один чи більше електронів цього атома переходять на більш високу орбіталь, а термін „іонізація атома" означає, що принаймні один електрон цього атома вивільняється, а внаслідок цього утворюється позитивно заряджений іон. У варіанті, зображеному на Фіг. 2, перше джерело 20 випромінювання збуджує принаймні деякі атоми ртуті і/або інші атоми, а друге джерело 21 випромінювання після цього іонізує принаймні деякі збуджені атоми ртуті і/або інші атоми у багатофазній плинній суміші. Фотоіонізація ртуті і/або інших початково газоподібних плинних компонентів може здійснюватися різноманітними шляхами. У дисертації [Н. Zobel "Resonante MehrPhotonen-lonisations Flugzeitspektroscopy und Quecksilber"] (Спектроскопія за часом прольоту резонансної багатофотонної іонізації і ртуть), опублікованій науково-дослідним центром GKSS у 1997 p., показано, що атоми ртуті бажано іонізувати на попередній стадії, де вони збуджуються з переходом на рівень 63Рі шляхом поглинання 253,65 нм фотона. У варіанті здійснення винаходу, ілюстрованому на Фіг. 2, для цього може використовуватися перше джерело 20 випромінювання. Із такого збудженого стану ртуть може іонізуватися в одну стадію шляхом поглинання фотона з енергією більше 5,55 еВ або в дві стадії - через другий (більш високий) збуджений стан. У патенті США № 6,663,690 була описана така схема збудження: 63Р1 (435,83 нм) 73S-i (435,83 нм) іонізація. Може застосовуватися також інша схема збудження: 63Р1 (312,6 нм) 63D2 (577,0 нм) іонізація. У будь-якому випадку коротка тривалість збуджених станів потребує, щоб джерела 20 і 21 випромінювання були розташовані на невеликій відстані одне від одного, а саме на відстані менше 25 см і/або на одній ділянці труби. Джерелом 20 може служити ртутна лампа низького тиску з УФ випромінюванням на 1=253,65 нм. Для збудження всіх атомів ртуті у типовому газовому потоці з об'ємною витратою 1-106 м3 за день і концентрацією ртуті 200 мкг/м3 потребується поглинання атомами ртуті потужності випромінювання 5,5Вт. Складовими природного газу, окрім парів ртуті, що поглинають випромінювання з довжиною хвилі 253,65 нм, є також ароматичні вуглеводні, зокрема, бензол, толуол і ксилол. У типовому складі природного газу загальна концентрація ароматичних сполук становить не більше 0,1 молярних частин, %, а величина поглинання ними 253,65 нм випромінювання є такого ж порядку, що й поглинання ртуттю. Таким чином, джерело випромінювання з однією чи кількома ртутними лам 92187 12 пами низького тиску повинно забезпечувати потужність випромінювання на хвилі 253,65 нм порядку десятків ват. В описаних вище прикладах можуть використовуватися ртутні лампи середнього і високого тиску зі спектральними лініями на довжинах хвиль 312,6 нм, 435,83 нм і 577,0 нм. Іонізація в одну стадію з рівня 63Рі може здійснюватися, наприклад, за допомогою 185 нм випромінювання ртутною лампою низького тиску, 193 нм ексимерного ArF-лазера або 172 нм ексимерної Хе2-лампи. Для одержання випромінювання всіх довжин хвиль згідно зі схемою іонізації можуть використовуватися також лазерні джерела. У загальному випадку, зіткнення збудженого атома з іншим атомом або молекулою може викликати гасіння енергії збудженого атома з переходом його на більш низький стан збудження або в основний стан. Для збуджених атомів ртуті в стані 63Р1 зумовлений зіткненням перехід на більш низький енергетичний рівень 63Р0 є в декілька разів більш імовірним, ніж перехід в основний стан. Стан 63Р0 ртуті зветься метастабільним. Це означає, що спонтанний або індукований випромінюванням перехід ртуті в основний стан є дуже малоімовірним. Імовірність викликаного зіткненням переходу зі стану 63Р0 в основний стан є також на декілька порядків нижчою, ніж для стану 63Р1. У випадку парів ртуті інтенсивність зіткнень у несучому газі високого тиску є дуже високою. Отже може бути вигідним і навіть необхідним використовувати схему іонізації, що проходить через стан 63Р0. Наприклад, за схемою: основний стан (253,65 нм) 63Р1 (затухання, 3 зумовлене зіткненням) 6 Р0 (193 нм) іонізація іонізація досягається в одну стадію зі стану 63Р0 за допомогою ексимерного 193 нм ArFлазера. В альтернативному варіанті на останній стадії може використовуватися 172 нм ексимерна Хе2-лампа або 185 нм лінія емісії ртутної лампи низького тиску. Можуть застосовуватися також інші схеми іонізації зі стану 63Р0, а саме: 63Р0 (404,7 нм) 73S1 (404,7 нм) іонізація або 63Р0 (296,7 нм) 63D1 (577,0 нм) іонізація. Використовувані в цих схемах довжини хвиль 1, 2, 3,..., n є лініями емісії в спектрах ртутних ламп середнього і високого тиску. В альтернативному варіанті ці довжини хвиль можуть генеруватися лазерами. Оптимальну схему іонізації вибирають, виходячи із теоретичної ефективності відомих схем іонізації, величини поглинання різних довжин хвиль іншими компонентами природного газу, доступності потужних джерел 20 і 21 випромінювання на різних довжинах хвиль та ефективності передачі світла елементами оптичної системи. 3 Роз'яснення квантово-механічних записів 6 Р0, 3 3 7 S1 та 6 D1 можна знайти на cтoр. 90 і 91 книги „Introduction to quantum mechanics" авторів David J.Griffiths із Reed College, ISBN 0-13-124405-1. На Фіг. 3 показаний циклонний сепаратор плинних матеріалів з верхньою за потоком прискорювальною ділянкою 50, на котрій потік 53 плин 13 них матеріалів прискорюється до надзвукової швидкості і в результаті цього розширяється та охолоджується. Крім того, цей сепаратор має трубчасту частину 51 середнього потоку, яка містить лопать або лопаті 52, що створюють вихор 54 у надзвуковому потоці плинних матеріалів, і нижню за потоком частину 55 розділяння, у котрій трубчастий захоплювач 56 вихору відокремлює центральний газовий потік 57, збіднілий на компоненти, що конденсуються, від кільцевого потоку 58, збагаченого на компоненти, що конденсуються. Вверху за потоком від ділянки прискорювання розташована трубка 60 впорскування потоку крапельного пилу 61 негативно заряджених плинних компонентів у сепаратор через малі отвори 62. Трубка 60 має негативний електричний потенціал, внаслідок чого впорскуваний крізь неї потік дрібного крапельного пилу набуває електронегативного заряду. Даний сепаратор, крім того, обладнаний першим і другим джерелами, відповідно, 66 і 68 випромінювання, генерована якими енергія через вікно 67 у стінці вище за потоком від частини 50 прискорювання активує процес іонізації ртуті і/або початково газоподібних компонентів у потоці природного газу, що тече через сепаратор. Перше джерело або перші джерела 66 в кращому варіанті випускають УФ випромінювання з 1=253,65 нм, а друге джерело або джерела 67 у кращому варіанті випускають випромінювання на одній чи більше довжинах хвиль 1, 3, ..., n, для створення позитивних іонів ртуті або іншого газоподібного компонента. Ці катіони адсорбуються на поверхні негативно заряджених крапель, упорскнутих через трубку 60. Внутрішня поверхня трубчастої частини 51 середнього потоку і частини 55 розділяння внизу за потоком мають позитивний електричний потенціал, завдяки чому негативно заряджені краплі притягуються до зовнішньої периферії внутрішнього простору сепаратора і коалесцирують, утворюючи рідку плівку або суспензію, що тече по внутрішній поверхні корпуса сепаратора в кільцевий вихід 63 потоку, збагаченого на компоненти, що конденсуються. Іонізація ртуті і/або інших початково газоподібних компонентів випромінюванням із джерел 66 і 67 разом з упорскуванням плинного матеріалу через заряджену електрикою трубку 60 введення 92187 14 потоку крапельного пилу і з використанням роздільної частини, яка має внутрішню поверхню з електричним потенціалом, знак котрого є протилежним потенціалу трубки 60, суттєво підвищує ефективність розділяння показаним на Фіг. 3 сепаратором плинних матеріалів в умовах наближеного до звукового або надзвукового потоку. Циклонним сепаратором плинних матеріалів, показаним на Фіг. 3, може бути також сепаратор типу, ілюстрованого на Фіг. 1 і Фіг. 2. Цілком зрозуміло, що фото-індукована і/або іонно-індукована конденсація ртуті, ароматичних вуглеводнів, сульфіду водню, двоокису вуглецю та інших компонентів у потоці природного газу або іншому багатофазному потоці, що тече через показані на Фіг.1-3 наближені до звукових або надзвукові сепаратори плинних матеріалів, забезпечує утворення зародків конденсації для пересичених парів інших компонентів в охолодженому плинному потоці, внаслідок чого відбувається також конденсація інших компонентів, що не є збудженими і/або іонізованими джерелами 10, 20, 21 і/або 66 випромінювання. Таким чином, створюється синергічний ефект між фото-індукованим і/або іонно-індукованим утворюванням зародків конденсації на деяких компонентах і температурно-індукованою конденсацією деяких інших компонентів. Використовуваний у даному описі і доданій Формулі винаходу термін „надзвукова швидкість" означає, що потік багатофазного плинного матеріалу тече через сепаратор зі швидкістю, що є більшою за локальну швидкість звуку в багатофазному плинному матеріалі, а термін „швидкість, наближена до звукової", означає, що потік багатофазного плинного матеріалу тече через сепаратор зі швидкістю, що складає принаймні 0,8 швидкості звуку в цьому багатофазному плинному матеріалі. Цілком зрозуміло, що процес, запропонований даним винаходом, може використовуватися для підвищення конденсації та розділяння в сепараторах плинних матеріалів для розділяння багатокомпонентного природного газу і/або інших багатокомпонентних газів з твердими частками або без них, таких як синтез-газ, кам'яновугільний газ, біогаз, технологічний газ, відпрацьований газ, димовий газ тощо. 15 92187 16 17 Комп’ютерна верстка В. Мацело 92187 Підписне 18 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601