CS259071B1

CS259071B1 - A method for treating gaseous liquid or powder solids in a plasma stream and apparatus for carrying out the method

Info

Publication number: CS259071B1
Application number: CS1010285A
Authority: CS
Inventors: Karel Zverina; Dean D Rhoads; Jay F Schnackel; Zdenek Tluchor; Josef Szabo; Petr Kroupa
Original assignee: Karel Zverina; Dean D Rhoads; Jay F Schnackel; Zdenek Tluchor; Josef Szabo; Petr Kroupa
Priority date: 1985-12-29
Filing date: 1985-12-29
Publication date: 1988-10-14

Abstract

Při tepelném zpracování plynných, kapalných a práškových tuhých látek v proudu nízkoteplotního plazmatu ae řeší problém Intenzifikace procesu zvyšování teplot a hustoty elektricky nabitých částic v proudu plazmatu, obsahující zpracovávanou látku. Podstata způsobu spočívá v tom, že se zpracovávaná látka nebo látky vnáší samostatně nebo v předem připravené směsí do proudu nízkoteplotního plazmatu, proud plazmatu obsahující zpracovávanou látku nebo látky se zahřívá na teploty 6 000 až 60 000 K a komprimuje na hustoty elektricky nabitých částic 1020 až lo24 m"J, načež se výsledný produkt nebo produkty oddělují a ochlazují na teploty nižší než 2 300 K. Podstata zařízení spočívá v tom, že zařízení je tvořeno průchozí reakční komorou, plazmovým generátorem a chladicím a oddělovacím prostorem. Reakční komora je opatřena prostředky pro ohřev plazmatu a mezi plazmovým generátorem a reakční zonou reakční komory je uspořádán nejméně jeden přívod zpracovávané látky.During the heat treatment of gaseous, liquid and powdered solids in a low-temperature plasma stream, the ae solves the problem of intensification of the process of increasing the temperature and density of electrically charged particles in the plasma stream containing the substance being processed. The essence of the method consists in that the substance or substances to be processed are introduced separately or in a pre-prepared mixture into a low-temperature plasma stream, the plasma stream containing the substance or substances to be processed is heated to temperatures of 6,000 to 60,000 K and compressed to densities of electrically charged particles of 1020 to 1024 m"J, after which the resulting product or products are separated and cooled to temperatures lower than 2,300 K. The essence of the device consists in that the device consists of a through-flow reaction chamber, a plasma generator and a cooling and separation space. The reaction chamber is provided with means for heating the plasma and at least one supply of the substance to be processed is arranged between the plasma generator and the reaction zone of the reaction chamber.

Description

Vynález se týká způsobu zpracovávání látek v proudu plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu·BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention

Využití specifických vlastností čtvrtého skupenství hmoty, plazmatu, je jednou z perspektivních cestzpracováváni materiálů. Pod pojmem plazmatu rozumíme elektricky vodivý kvazíneutrální plyn sestávající z neutrálníma elektricky nabitých částic·Utilization of the specific properties of the fourth state of matter, plasma, is one of the promising ways of material processing. Plasma refers to an electrically conductive quasi-neutral gas consisting of neutral electrically charged particles.

Pro provádění fyzi kální ch postupů zpracováváni materiálu, zejména jeho ohřevu, tavení nebo zplynováni, nebo provádění chemických reakci, zejména chemické syntézy nebo rozkladu sloučenin, se vesměs používá nízkoteplotního plazmatů, tj· plazmatu o teplotách cca 5 000 až 65 000K.Vysokých teplot plazmatu, několikanásobné převyšujících body varu známých prvků a sloučenin, se využívá jak pro ohřev zpracovávané látky, tak pro zvýšeni její reaktivity a provádění chemických reakci v plynném / slávu·.Low temperature plasma, i.e., plasma at temperatures of about 5,000 to 65,000K, is generally used to carry out the physical processing of the material, particularly its heating, melting or gasification, or chemical reactions, particularly chemical synthesis or decomposition of compounds. , several times higher than the boiling points of known elements and compounds, it is used both to heat the substance to be treated and to increase its reactivity and carry out chemical reactions in the gas / glory.

Většímu rozšířeni popisovaných postupů je na závadu především jejích značná energetická náročnost, negativně ovlivňovaná zejména nedostatkem vhodných zdrojů plazmatu a v neposlední řadě 1 nedostatečným využitím parametrů plazmatu v současných zaří zeni ch.The widespread use of the described processes is mainly due to their considerable energy consumption, negatively influenced mainly by the lack of suitable plasma sources and, last but not least, by the insufficient use of plasma parameters in current facilities.

Jako zdroje plazmatu se v současné době vesměs používají obloukové nebo Vysokofrekvenční plazmové generátory, využívající jako stabilizačního media plynu. Tyto generátory jsou k dispozicí ve velkém výkonovém rozpětí cca od jednotek do stovek kU, produkuji však plazma o relativně nižších teplotách a hustotách, což má negativní vliv na proveditelnost, rychlost a zejména pak efektivnost chemických reakcí a u menších jednotek í možnost tavení vysoce žáruvzdorných materíálúi Pro ohřev a urychlování větších množství plynů se využívá elektrického obloukového výboje, dosahované teploty jsou však vesměs nižší nežAt present, arc or high-frequency plasma generators using gas as stabilizing media are used as plasma sources. These generators are available in a large power range of about 100 kU, but I produce plasma at relatively lower temperatures and densities, which has a negative effect on the feasibility, speed and especially efficiency of chemical reactions, and on smaller units the possibility of melting highly refractory materials. heating and accelerating larger amounts of gas are utilized by electric arc discharge, but the temperatures reached are generally lower than

- 2 8 000 K a elektrické vodivosti plynů se dosahuje přídavkem vhodných elektricky vodivých přísad, zejména na bázi draslíku· Konečné se používají 1 kapalinou stabilizované plazmové generátory,. produkuj 1c1 plazma o vyšších teplotách a zejména vyšších hustotách než plynem stabilizované plazmové generátory, I tyto generátory však jsou, zejména vzhledem k tomu, že jsou k dispozici především v oblasti středních výkonů, vhodněj31 pro fyzikální postupy zpracováváni práškových materiálů, než pro prováděni chemických reakci. Jejich značnou výhodou naproti tomu je širší možnost zapojeni jednotlivých komponent stabilizačního media do probíhajících chemických reakci. U viech popisovaných zdrojů plazmatu jsou však dosahované teploty a zejména hustoty plazmatu limitovány přímo jejich koncepci a s ohledem na udrženi přijatelné životnosti generátorů je nelze podstatně zvyšovat.- 2 000 K and the electrical conductivity of the gases is achieved by the addition of suitable electrically conductive additives, in particular potassium-based. · Finally, 1 liquid-stabilized plasma generators are used. Produce plasma at higher temperatures and in particular higher densities than gas-stabilized plasma generators, but these generators are also more suitable for physical processing of powder materials than for chemical reactions, especially since they are available mainly in the medium power range. . Their considerable advantage, on the other hand, is the wider possibility of integrating the individual components of the stabilizing medium into the chemical reactions taking place. However, in all of the described plasma sources, the temperatures reached, and in particular the plasma densities, are limited by their design and cannot be substantially increased in order to maintain an acceptable generator life.

Konstrukce současných plazmových reaktorů, určených pro zpracováváni materiálů, jsou vesměs založeny pouze na využiti tepelných parametrů plazmatu, zejména jeho zaváděním do tepelně Izolovaného prostoru, resp. jeho zpomalením řízenou expanzi, což omezuje možnosti, aplikaci zejména u energeticky náročných endotermnlch reakcí.The designs of current plasma reactors intended for material processing are based solely on the use of plasma thermal parameters, in particular by introducing them into a thermally insulated space, respectively. its slowed-down expansion, which limits the possibilities of application, especially in energy-intensive endothermic reactions.

Nevýhody známých způsobů zpracováváni látek pomoci nízkoteplotního plazmatu, zejména taveni a zplynováni vysoce žáruvzdorných látek, chemické syntézy endotermnlch sloučenin, syntézy plynných fázi vysoce žáruvzdorných látek a Štěpeni termicky stálých látek, odstraňuje způsob podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se zpracovávaná látka nebo látky mísí samostatně nebo v předem připravené směsi do proudu nízkoteplotního plazmatu, proud plazmatu obsahující zpracovávanou látku nebo látky se zahřívá na teploty 6 000 až 6.0 000 K a komprimuje na hustoty elektricky nabitých částic 10 až 10²⁴ m~³, načež se po proběhnuti příslušných fyzikálních a/nebo chemických procesů výsledný produkt nebo produkty odděluje a ochlazuje na teploty nižší než 2 300 K. Proud plazmatu obsahující zpracovávanou tátku se může zahřívat na teploty 10 000 K až 50 000 K během 0,001 až 0,1 sec., výsledný produkt nebo produkty se mohou ochlazovat na teplotu nižší než 2 300 K během 0,05 až 1 sec·, proud plazmatu se může zahřívat ohmickým ohřevem elektrickým výbojem, adlabatlckou «· 3 «· kompresí mechanickým škrcením a působením magnetického pole, nebo vysokofrekvenčním ohřevem iontovou rezonancí. Proud plazmatu se může komprimovat průchodem tepelně Izolovanou tryskou, působením magnetického pole, nebo tangenciálním prouděním přídavného plynného media. Elektrický výboj se může uzavírat mezi nejméně jednou kontaktní elektrodou uspořádanou ve styku s proudem plazmatu a jednou z elektrod obloukového plazmového generátoru nebo dalši kontaktní elektrodou uspořádanou ve styku s proudem plazmatu, do zahřátého a komprimovaného proudu plaz- _:matu se může přivádět nejméně jedno přídavná reakční složka, velikost reakční zóny zahřátého a komprimovsnůho proudu plazmatu se může regulovat změnou množství při vedené energie a plazma může být generováno z jedné nebo více kapalin.Disadvantages of the known methods of low temperature plasma treatment of substances, in particular the melting and gasification of highly refractory substances, the chemical synthesis of endothermic compounds, the synthesis of gaseous phases of highly refractory substances and the cleavage of thermally stable substances are avoided. the substances are mixed alone or in a pre-mixed mixture into a low temperature plasma stream, the plasma stream containing the substance or substances to be treated is heated to temperatures of 6000 to 6.0 000 K and compressed to electrically charged particle densities of 10 to 10 ²⁴ m- ³ . by physical and / or chemical processes, separates the resulting product or products to temperatures below 2,300 K. The plasma stream containing the treated tissue may be heated to temperatures of 10,000 K to 50,000 K in 0.001 to 0.1 seconds. the products may be cooled to less than 2300 K within 0.05 to 1 sec ·, the plasma current may be heated by ohmic heating by electric discharge, adlabat "3" compression by mechanical throttling and magnetic field, or by high frequency ion resonance heating. The plasma stream may be compressed by passing through a thermally insulated nozzle, by applying a magnetic field, or by tangential flow of the additional gaseous medium. The electrical discharge can enter the at least one contact electrode arranged in contact with the plasma stream and one of the electrodes arc plasma generator or other contact electrode arranged in contact with the plasma stream, the heated and compressed stream _plaz-: mat may be fed at least one additional reaction the component, the size of the reaction zone of the heated and compressed plasma stream can be controlled by varying the amount of condensed energy, and the plasma can be generated from one or more liquids.

Nevýhody známých zařízeni pro zpracováváni látek pomoci nízkoteplotního plazmatu odstraňuje zařízeni podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno průchozí reakční komorou se vstupem připojeným k plazmovému generátoru a výstupem připojeným k chladicímu a oddělovacímu prostoru, přičemž reakční komora je opatřena prostředky pro ohřev plazmatu a mezi plazmovým generátorem a reakčni komorou je;uspořádán nejméně jeden přívod zpracovávané látky. Reakční komora může být vytvořena jako tryska 2e žáruvzdorného, tepelně izolačního materiálu, mezi plazmovým generátorem a reakčnikomorou může být uspořádán nejméně jeden tangenciální přívod plynného média a Chladiči a oddělovací prostor může sestávat z průchozího žebrovaného chladiče, separátoru a kolektoru. Reakční komora může být opatřena nejméně jednou kontaktní elektrodou uspořádanou ve styku s proudem plazmatu a připojenou k jednomupólu elektrického zdroje, jehož druhý pot může být spojen s jednou z elektrod obloukového plazmového generátoru, nebo s dalši kontaktní elektrodou, uspořádanou ve styku s proudem plazmatu· Reakčni komoře může být opatřena magnetickou cívkou připojenou k elektrickému zdroji plazmového generátoru, nebo vinutím připojeným ke zdroji vysokofrekvenčního proudu. Reakční komora může být přes chladicí a oddělovací prostor připojena k podtlakovému zásobníku.Disadvantages of the known low-temperature plasma treatment devices eliminate the device according to the invention, which consists of a continuous reaction chamber with an inlet connected to the plasma generator and an outlet connected to the cooling and separating space, the reaction chamber being equipped with plasma heating means. and between the plasma generator and the reaction chamber there is at least one feed of the substance to be treated. The reaction chamber may be formed as a nozzle 2e of a heat-resistant, heat-insulating material, at least one tangential gas supply and a chiller may be provided between the plasma generator and the reactor and the chiller and separation space may consist of a finned fin cooler, separator and collector. The reaction chamber may be provided with at least one contact electrode arranged in contact with the plasma stream and connected to a single-pole power source, the second sweat of which may be connected to one of the electrodes of the arc plasma generator or another contact electrode arranged in contact with the plasma stream. the chamber may be provided with a magnetic coil connected to an electric source of the plasma generator, or a winding connected to a source of high frequency current. The reaction chamber can be connected to a vacuum tank via the cooling and separation space.

Způsob zpracováváni Látek v proudu plazmatu a zařízeni k prováděni tohoto způsobu podle vynálezu účetně využívají přídavného ohřevu a komprese reagující složky nebo složek a zejména při použiti kapalinou stabilizovaného plazmového generátoru značně rozilřujl aplikační možnosti v oblasti plazmového zpracovávání pevných, kapalných 1 plynných látek, předevilm pří Štěpení chemicky stálých látek při zneškodňováni nebezpečných odpadů, nebo chemická syntéze.The method of processing the substances in the plasma stream and the apparatus for carrying out the method according to the invention account for the additional heating and compression of the reactant component (s) and in particular the use of a liquid stabilized plasma generator has greatly expanded application possibilities in the field of plasma processing of solid, liquid 1 gaseous substances. chemically stable substances in hazardous waste disposal, or chemical synthesis.

Přiklad provedeni zařízení podle vynálezu je znázorněn na přiložených vyobrazeních, kde obr· 1 představuje boční pohled na plazmový reaktor v částečném řezu, obr. 1a podélný ' řez částí reakční komory, obr. 2 podélný řez reakční komorou s naznačenými polohami proudu plazmatu, obr. 3 podélný řez reakční komorou s přídavným přívodem reakční složky, obr. 4 příčný řez plazmovým generátorem podle obr. 1 v rovině 4-4, obr. 5 příčný řez reakční komorou podle obr. 3 v rovině 3 -3, obr. 6 příčný řez chladicím oddělovacím prostorem podle obr. 1 v rovině 6 - 6 a obr. 7 příčný řez reakční komorou podle obr. í v rovině 7 - 7, přičemž vyobrazeni vynález nijak neomezuj 1 ·1 shows a side view of a plasma reactor in partial section, FIG. 1a shows a longitudinal section through a part of the reaction chamber, FIG. 2 shows a longitudinal section through a reaction chamber with the positions of the plasma jet indicated; Fig. 3 is a longitudinal section through the reaction chamber with additional reagent feed; Fig. 4 is a cross-section of the plasma generator of Fig. 1 in line 4-4; Fig. 5 is a cross-section of the reaction chamber of Fig. 3 in plane 3-3; 1 through the cooling compartment of FIG. 1 in planes 6-6 and FIG. 7, a cross-sectional view of the reaction chamber of FIG.

Jak je patrno z obr. 1, zařízeni podle vynálezu obsahuje plazmový generátor 10 sestávající z tělesa 12, katody 14, připojená k elektrickému zdroji 16 konektorem 18 a anody 20, připojené k elektrickému zdroji 16 konektorem 22. Zařízení dáte obsahuje vlastni plazmový reaktor 30, obsahující průchozí reakční komoru 32 se vstupem 34 a výstupem 36, ohraničujic1m reakční zónu 38.As can be seen from FIG. 1, the apparatus of the invention comprises a plasma generator 10 consisting of a body 12, a cathode 14 connected to a power supply 16 by connector 18 and an anode 20 connected to a power supply 16 by connector 22. comprising a through reaction chamber 32 with an inlet 34 and an outlet 36 delimiting the reaction zone 38.

Jak je patrné z obr·' 1 a obr. 2, reakční komora 32 obsahuje přední elektrodu 40, majícT tvarovaný povrch 42, pod nimž je uspořádána chladicí komora 44. Přední elektroda 40 je připojena vodičem 46 přes spínač 48 ke zdroji 16 elektrického proudu. Reakční komora 32 dála obsahuje střední elektrodu 30, uspořádanou ve směru prouděni plazmatu za prstencovou přední elektrodou' 40. Střední elektroda 50 má prstencový tvarovaný povrch 52, pod nimž ja vytvořena chladicí komora 34.Referring to Figures 1 and 2, the reaction chamber 32 comprises a front electrode 40 having a shaped surface 42 beneath which a cooling chamber 44 is disposed. The front electrode 40 is connected by a conductor 46 via a switch 48 to a power source 16. The reaction chamber 32 further comprises a central electrode 30 disposed downstream of the annular front electrode 40. The central electrode 50 has an annular shaped surface 52 below which a cooling chamber 34 is formed.

- 5 Střední elektroda 50 je elektricky připojena vodičem 56 přes spínač 58 ke 2droji 16 elektrického proudu. Za střední prstencovou elektrodou 50 je ve směru prouděni plazmatu umis** téna prstencová zadní elektroda 60, s chladicí komorou 64 uspořádanou pod tvarovaným povrchem 62, elektricky spojené se zdrojem 16 elektrického proudu přes spínač 68 vodiče 66.The middle electrode 50 is electrically connected by a conductor 56 via a switch 58 to a power source 16. Downstream of the central annular electrode 50, an annular rear electrode 60, with a cooling chamber 64 disposed below the formed surface 62, is electrically connected to the power source 16 via a switch 68 of the conductor 66, downstream of the plasma annular electrode 50.

Chladicí komory 44> 54 a 64 jsou napojeny na neznézorněný okruh chladicí kapaliny.The cooling chambers 44 > 54 and 64 are connected to a coolant circuit (not shown).

Reaktorově komora 32 dáte obsahuje prstencový přední Izolátor 70 a tvarovaným povrchem 72 a první střední Izolátor 74, mající vé Icový povrch 76. Jak je zřejmé z obr. 2a obr. 3, přední izolátor 70 s první střední Izolátor 74 jsou uspořádány po stranách přední elektrody 40. Reaktorová komora '32 dále obsahuje druhý střední Izolátor 78, mající tvarovaný povrch 80. Střední elektroda 50 je uložena mezi prvním středním izolátorem 74 a druhým středním izolátorem 78. Reakční komora 32 dále obsahuje prstencový zadní Izolátor 82, mající tvarovaný povrch 84. Zadní elektroda 60 je uspořádána mezi druhým středním Izolátorem 70 a zadním izolátorem 82.The reactor chamber 32 comprises an annular front insulator 70 and a shaped surface 72 and a first central insulator 74 having a larger surface 76. As shown in FIG. 2a, FIG. 3, the front insulator 70 with the first central insulator 74 are disposed on the sides of the front electrode. 40. The reactor chamber 32 further comprises a second central insulator 78 having a shaped surface 80. The central electrode 50 is disposed between the first central insulator 74 and the second central insulator 78. The reaction chamber 32 further comprises an annular rear insulator 82 having a shaped surface 84. an electrode 60 is disposed between the second central insulator 70 and the rear insulator 82.

V provedeni podle obr. 1 a obr. 3 reakční komora 32 obsahuje dvojici radiálních vstupních otvorů 90, uspořádanýchIn the embodiment of Figures 1 and 3, the reaction chamber 32 comprises a pair of radial inlet openings 90 arranged

V tvarovaném povrchu 72 předního izolátoru 70. Vstupní otvory 90 jsou připojeny vedeními 92 ke zdroji materiálu 94.In the shaped surface 72 of the front insulator 70. The inlet openings 90 are connected by conduits 92 to the source of material 94.

V sousedství vstupu 34 reakční komory 32 je uspořádán tangenciální vstup 98, při pojený vedením 100 ke zdroji 102 plynu. ·A tangential inlet 98 is disposed adjacent the inlet 34 of the reaction chamber 32, coupled via line 100 to the gas source 102. ·

Z obr. 1 a obr,. 7 je zřejmé uspořádáni vinutí elektrických cívek. Na horní straně reakinl komory 32 .je uspořádána cívka 108, připojená ke zdroji 16 elektrického proudu přes konektor 110. Kotem reakční komory 32 jsou dále uspořádány vysokofrekvenční cívky, a sice přední cívka 114, připojená vedením 116 ke zdroji 118 střídavého proudu, střední cívka 120, připojená ke zdroji 118 střídavého proudu vedením 122 a zadní cívka 124, připojená ke zdroji 118 střídavého proudu Vedením 126. Cívky jsou uspořádány v blízkosti reakční kóny 38 tak> aby jejích magnetické pote působilo na nabité částice v proudu plazmatu. Každá z cívek 114, 120 a 124. může být napájena nezáviste.1 and FIG. 7, the winding arrangement of the electrical coils is evident. At the top of the reaction chamber 32 is a coil 108 connected to a power source 16 via a connector 110. Next to the reaction chamber 32 are high-frequency coils, namely a front coil 114 connected by a line 116 to an AC source 118, a central coil 120 connected to the AC source 118 via line 122 and the rear coil 124 connected to the AC source 118 via line 126. The coils are arranged near the reaction cone 38 so that its magnetic sweat will act on the charged particles in the plasma stream. Each of the coils 114, 120 and 124 can be powered independently.

- 6 Zařízeni podle vynálezu dále obsahuje chladicí oddělovač prostor 130^ sestávající ze skříně 132 a chladičem 134 a separátorů 136. Separátor 136 je připojen ke kolektoru 138, připojenému k podtlakovému zásobníku 134 přes ventil 142.The apparatus of the invention further comprises a cooling compartment 130 comprising a housing 132 and a cooler 134 and separators 136. The separator 136 is connected to a collector 138 connected to a vacuum tank 134 via a valve 142.

Zařízeni umožňuje regulovat rozměry a teploty proudu plazmatu ,a hustotu elektricky nabitých částic v plazmatu.The device allows to control the dimensions and temperatures of the plasma jet, and the density of electrically charged particles in the plasma.

Může používat jak plynem stabilizované, tak kapalinou stablll zované plazma.It can use both gas stabilized and liquid stabilized plasma.

Alternativním zapojováním přední elektrody 40, střední elektrody 50 a zadní elektrody 60, respektive napájením cívek 108, 1Ί4, 120 a 124 je možno regulovat proud plazmatu a kromě jiného ovládat 1 jeho rozměry tak, jak je to naznačeno na obr. 2, čárkovanými konturami -P, P * a P*· Kromě dél ky proudu plazmatu je možno samozřejmě ovlivňovat 1 průběh teplot, hustot a rychlosti, v souladu s potřebami jednotlivých reakci Vhodné tvarováni reakční zóny 38, mající v podstatě tvar Venturlho trubice, tangenciální prouděni plynu přiváděného tangenciálními otvory 98 do reakční zóny 38 a řízené chlazeni a separace produktů dává možnost v širokém rozsahu měnit provozní parametry zařízeni v souladu sě specifickými požadavky jednotlivých reakci. *By alternatively connecting the front electrode 40, the middle electrode 50 and the back electrode 60, or by supplying the coils 108, 1-4, 120 and 124, it is possible to regulate the plasma current and, inter alia, control its dimensions as indicated in FIG. P, P *, and P * In addition to the length of the plasma stream, it is of course possible to influence 1 temperature, density and velocity curve, according to the needs of the individual reactions Appropriate shaping of reaction zone 38 having substantially Venturl tube shape, tangential flow of gas supplied by tangential openings 98 to the reaction zone 38 and controlled cooling and product separation gives the possibility to vary the operating parameters of the apparatus to a wide extent in accordance with the specific requirements of each reaction. *

Podstata vynálezu je blíže vysvětlena v následujících příktadech, tyto však vynález nijak neomezuji.The invention is explained in more detail in the following examples.

Přiklad 1Example 1

Rozklad fosforečnanu vápenatého, bo plazmového reaktoru se přivádí plazma generované v obloukovém plazmovém generátoru z vody /HgO/. Před vstupem do reakční zóny reaktoru se do plazmatu pomoci proudu vzduchu vnáší práškový fosforečnan vápenatý Ca^/PO^/., o rozměru zrn 20 až 80yjm, uvádí se do reaktivního stavu a v reakční zóně se rozkládá na oxid vápenatý a oxid fosforečný podle rovniceThe decomposition of the calcium phosphate or plasma reactor is fed by the plasma generated in the arc plasma generator from water (HgO). Prior to entering the reactor reaction zone, a calcium calcium phosphate powder having a grain size of 20-80 µm was introduced into the plasma by means of an air stream, reacted and decomposed into calcium oxide and phosphorus pentoxide in the reaction zone according to the equation

Ca₃/P0₄/₂ -> 3CaO + P₂0₅ Ca ₃ / P0 _{_4/2} -> 3CaO + P ₂ 0 ₅

- 7 Přiklaď 2- 7 Example 2

Syntéza koridu titanu·Titanium Corridor Synthesis ·

Do plazmového reaktoru se přivádí plazma generovaná v obloukovém plazmovém generátoru s grafitovou spotřebovatelnou katodou. Plazma je generováno z vlnytbenaanu ZC^Hj . CH . 'CH₂Z. Před vstupem do reakční zóny reaktoru se do plazmatu vnáii jako hlavni reagující složka pomoci proudu dusíku práškový oxid boritý ZBgOj/ o rozměru zrn miniím než 10yum. V reakčn) zóně se pak do plazmatu obsahuji čího částice oxidu títaníčltéhoa oxidu boritého uvedené do reaktivního stavu vnáii acetýten ZCgH^Z a v difuzniro električkám výboji se zde syntetizuje borld titanu ZTIBg/ podle rovniceThe plasma generated in the arc plasma generator with a consumable graphite cathode is fed to the plasma reactor. Plasma is generated from Wtbenaan ZCl2H3. CH. 'CH ₂ Z. Before entering the reaction zone of the reactor into the plasma vnáii as the major reactant with a stream of nitrogen trifluoride ZBgOj oxide powder / grain dimensions than miniím 10yum. In the reaction zone, the titanium tetrachloride and boron trioxide particles brought into the reactive state are then introduced into the plasma into acetonitrile ZCgH2Z, and barium titanium ZTIBg is synthesized in the diffuser discharge tube according to the equation

TÍ0₂ + BgOj + 5C—r—T1B₂ + 5C0TÍ0 BgOj ₂ + 5C + r ₂ + T1B 5C0

Přiklad 3Example 3

Syntéza boridu zirkonu·Synthesis of zirconium boride ·

Postupem podle přikladu 2 se z práěkového oxidu zirkoničitého ZZrOgZ a oxidu boritého ZBgOjZ syntetizuje borid zirkonu ŽZrBgZ podle rovniceUsing the procedure of Example 2, zirconium dioxide ZZrOgZ and ZBrO2Z boron oxide are synthesized according to the equation

ZrOg * θ2°3 * ^5C -~—>2rB₂ * ^5CO ZrOg * 2 ° 3 * ^5C - ~ -> 2rB ₂ * ^5CO

Přiklad 4Example 4

Syntéza boridu chrómu.Chromium boride synthesis.

Do plazmového reaktoru se přivádí plazma generovaná v obloukovám plazmovém generátoru se spotřebovatelnou grafitovou katodou. Plazma je generováno z ethylalkoholu ZCHj.CHg.OHZ. Před vstupem do reakční zóny se do proudu plazmatu vnáii směs navzájem žárově fixovaných zrn oxidu chromítého ZCr₂0jZ a karbidu boru /B^CZ o rozměru zrn 2 až 10jum. V reakčni zóně se z reagujících složek a uhlik obsahujícího plazmatu syntetizuje borid chrómu ZCrBZ podle rovniceThe plasma generated in the arc plasma generator with consumable graphite cathode is fed to the plasma reactor. Plasma is generated from ethyl alcohol ZCH 3 CH 2 OH 2. Prior to entering the reaction zone, a mixture of heat-fixed Z ₂ Cr ₂ O ₂ chromium (III ₎ chromium grains and boron carbide (B ₂ O ₂ ) having a grain size of 2 to 10 µm is introduced into the plasma stream. In the reaction zone, chromium boride ZCrBZ is synthesized from the reactants and the carbon-containing plasma according to the equation:

2Cr_z0jj + B^C + 3C :—4CrB + 6 CO2 Cr _of 0j + B + C + 3 C: 4 Cr + 6 CO

Přiklad 5Example 5

Příprava oxidu křemnatého.Preparation of silica.

Do plazmového reaktoru ae přivádí plazma generované z chloridu křemičitého ZUCl^Z. V reakčni zóně kde se do proudu plazmatu přlsává vzduSný kyslík, probíhá rozklad chloridu křemičitého na oxid křemnatý podle rovnicePlasma generated from the ZCl 1 Z 2 silica is fed to the plasma reactor. In the reaction zone where air oxygen is injected into the plasma stream, the decomposition of silica chloride to silica follows the equation

2I1Cl₄ ♦ 0₂ —-—* 2S1O + 4Cl_z 2I1Cl ₄ ♦ 0 ₂ —-— * 2S1O + 4Cl _z

Přiklad 6Example 6

Příprava oxidu křemnatého.Preparation of silica.

Do plazmového reaktoru se přivádí plazma generované z chloridu křemičitého ZSICl^Z. V reakčni zóně se do proudu plazmatu přivádí práSkový oxid křemičitý /SIO^/ o rozměru zrn menSlm než 10yum a dochází zde k jeho redukci podle rovnice .The plasma reactor is fed with plasma generated from ZSCl2. In the reaction zone, powdered silica (SiO 2) having a grain size less than 10 µm is fed to the plasma stream and is reduced according to the equation.

I1O₂ + »1 -» 2110I1O ₂ + »1- 2110

Přiklad 7Example 7

Syntéza boridu křemíku.Synthesis of silicon boride.

Do plazmového reaktoru se přivádí proud plazmatu generovaný v obloukovém plazmovém generátoru s grafitovou katodou.A plasma stream generated in a graphite cathode arc plasma generator is supplied to the plasma reactor.

Plazma je generováno z vlnylbenzenu ZC^H^.CH.CHg/. Do reakčni zóny generátoru se přivádí homogenlzovaná, žárově fixovaná směs práškového oxidu křemičitého a oxidu boritého o rozměru zrn 5 až 10yum, z niž se v proudu plazmatu intenzlfIkovaném dlfuznlm elektrickým výbojem syntetizuje borid křemíku podle rovni cePlasma is generated from woollbenzene (CH 2 CH 2 CH 2). A homogenized, heat-fixed, 5 to 10 µm powdered silica-boron dioxide mixture is fed to the generator reaction zone from which a silicon boride is synthesized in the plasma stream intensified by the electric discharge discharge according to the equation

I1O₂ + ^2B2°3 * ^BC-** ^B4*1 ♦ 8C0I1O ₂ + ^2B 2 ° 3 * ^BC - ** ^B 4 * 1 ♦ 8C0

Přiklad 8Example 8

Syntéza boridu wolframu.Synthesis of tungsten boride.

DO plazmového reaktoru se přivádí proud plazmatu generovaný z vlnylbenzenu ZC^H^. CH. CH-,Ζ, do něhož se ns vstupu do reakčni zóny vnáSI jednak práSkový oxid wolframový ZUO^Z o rozměru zrn 1 až 3 yum, jednak karbid boru ZB^CZ o rozměru zrn 2 až 3 yum. V reakčni zóně se z výchozích práSkových materiálů 259071A plasma stream generated from woolbenzene ZCl2H4 is supplied to the plasma reactor. CH. CH 2, into which 1 to 3 µm granular tungsten oxide Z 2 O 2 and 2 to 3 µm granular boron carbide ZB 2 -C 2 are introduced into the reaction zone. In the reaction zone, 259071 starting powder materials were used

- 9 a 2 uhlíkových lontů plazmatu syntetizuje borld wolframu podle rovnice- 9 and 2 plasma carbon lons synthesize the tungsten borld according to the equation

4W0₃ ♦ B^C * 11C -—* 4WB + 12C0 < «4W0 ₃ ♦ B ^ C * 11C -— * 4WB + 12C0

Přiklad 9Example 9

Příprava nitridu titanu.Preparation of titanium nitride.

Do plazmového reaktoru se přivádí proud plazmatu generovaný z toluldlnu /C^H^.CH^.NHg/· Do reakční zóny reaktoru ae přivádí chlorid t1tan1č1tý /TKl|Z··, reagující spolu s vodíkovými a dusíkovými lonty plazmatu na nitrid titanu podle rovniceThe plasma reactor is fed with a plasma stream generated from toluldine / TiCl4 / CH2Cl2 / TiCl4, reacting together with the hydrogen and nitrogen ions of the plasma to titanium nitride according to the equation.

2T1Cl₄ + 4H₂ + M₂ -—> 2T1N ♦ BHCl2T1Cl ₄ + 4H ₂ + M ₂ → 2T1N ♦ BHCl

Přiklad 10Example 10

Syntéza nitridu bóru.Synthesis of boron nitride.

Do plazmového reaktoru se přivádí plazma generované v oblou* kovém plazmovém generátoru z amoniaku ZNHjZ. Před vstupem \ do reakční zóny reaktoru se do plazmatu pomoci proudu dusíku ZNgZ vnáSi préSkový oxid boritý ZBgůjZ o rozměru zrn 5 až 10yum a y reakční zóně se z výchozích složek za spolupůsobenidifuzniho elektrického výboje syntetizuje nitrid bóru ZBIÍZ podle rovnice • A 'The plasma generated in the arc plasma generator from ammonia ZNH2O is fed to the plasma reactor. Before entering the reactor reaction zone, a boron oxide having a grain size of 5 to 10 µm is introduced into the plasma by means of a nitrogen stream of ZNg 2 and the reaction zone synthesizes the boron nitride ZBIZZ according to the equation • A 'from the starting components.

BgOj + 2NHj -*-—-¼ 2BN + 3H₂0BgOj + 2NHj - * -—- ¼ 2BN + 3H ₂ 0

Přiklad 11 ’Example 11 ’

Zneškodňováni oxidu siřičitého.Disposal of sulfur dioxide.

Do plazmového reaktoru se přivádí proud plazmatu, do něhož se před vstupem do reaktoru vná$1 zplodiny hořeni obsahujcí oxid siřičitý ZSOjZ. Do reaktoru se přivádí jemná disperze uhličitanu draselného ZK^CC^/, reagující s oxidem siřičitým na siřičitan. draselný a oxid uhličitý podta rdvnlceThe plasma reactor is fed with a plasma stream into which, before entering the reactor, $ 1 of the combustion products containing SO 2 SO 2 is introduced. A fine dispersion of potassium carbonate (K 2 O 3), reacting with sulfur dioxide to sulfite, is fed to the reactor. potassium and carbon dioxide according to the invention

KgCOj + SOg --—> ^K2^S03 * ^c02KgCO3 + SOg --—> ^K 2 ^S0 3 * ^c0 2

- 10 Přiklad 12- 10 Example 12

Sferoidizace křemičitanu zirkoničitého.Spheroidization of zirconium silicate.

Před vstupem do plazmového reaktoru se do proudu nízkoteplotního plazmatu o teplotě cca 15 000 Kvnáli práškový křemičitan zirkoničitý o rozměru zrn 40 až 60 yum. V reaktoru se zrna křemičitanu zirkoničitého v důsledku zvýšeni teploty plazmatu dlfuznim etektrickým výbojem na cca 25 000 K taví a po ochlazeni vodní clonou za podmínek volného pádu tuhnou ve tvaru steroldů, obsahujících krystaly dendritického zirkonia zapuštěné do amorfního oxidu křemičitého. Rozklad probíhá podle rovniceBefore entering the plasma reactor, a zirconium silicate powder having a grain size of 40 to 60 µm is blown into the low temperature plasma stream at a temperature of about 15,000 Kv. In the reactor, the zirconium silicate grains melt and solidify in the form of sterolds containing dendritic zirconium crystals embedded in amorphous silica under free-fall conditions under a free-fall condition as the plasma temperature rises to about 25,000 K due to the high temperature plasma discharge. The decomposition proceeds according to the equation

ZrSiO*———ZrO₂ ♦ Si0₂ ZrSiO * ——— ZrO ₂ ♦ SiO ₂

Způsob a zařízeni podle vynálezu je možno využit jak pro ohřev plynů ne vysoké teploty, tak pro taveni práškových materiálů,prováděni plazmochemických syntéz 1 pro rozklpdy a zneškodňováni nebezpečných odpadů ve formě plynů, kapalin i pevných látek.The process and apparatus according to the invention can be used both for heating non-high temperature gases and for melting powdered materials, carrying out plasmachemical syntheses 1 for decomposing and disposing of hazardous waste in the form of gases, liquids and solids.

Claims

Process for treating gaseous / liquid or powdered solids in a plasma stream, characterized in that the treated substance (s) is introduced sempatically or in a pre-mixed mixture into a low temperature plasma stream, the plasma stream containing the treated substance (s) is heated to a temperature of 6. 000 to 60 000 K and compresses 10 to 10 µm to electrically charged particle densities, after which the resulting product separates and cools down to temperatures less than 2,300 K after appropriate physical and / or chemical processes.

2. A method for treating substances in the ptazma stream according to claim 1, characterized in that the plasma stream is heated to a temperature of about 10 DEG C.

10,000 to 50,000 K in 0.001 to 0.1 network <, ‘

3. A process for the treatment of substances in a plasma stream according to claim ί, characterized in that the resulting product (s) is / are reduced to a temperature of less than 2,300 K over 0.05 to 1 Si.

4. A method according to claim 1, wherein the size of the reaction zone of the heated and compressed plasma stream is controlled by varying the amount of energy supplied.

5. A process for treating tissues in a plasma stream according to claim 1, characterized in that at least one additional reactant is fed to the heated and compressed plasma stream.

6. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it comprises a continuous reaction chamber (32) with an inlet connected to the plasma generator (10) and an outlet (36) connected to the cooling and separating chamber (130).

12 wherein the reaction chamber (32) is provided with plasma heating means and at least one treatment substance supply (90) is arranged between the plasma generator (10) and the reaction zone (38) of the reaction chamber (32).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the plasma heating means is at least one contact electrode (40) arranged in contact with the plasma current and connected to one pole of a power source (16), the other pole of which is connected to one of the electrodes. electrodes (14, 20) of the arc plasma generator (10), or with another contact electrode (s) (50, 60) arranged in the reaction chamber (32).

8. Apparatus according to claim 6, characterized in that the plasma heating means is a magnetic coil (108) connected to a power source 11b. plasma generator (10).

9. Apparatus according to claim 6, characterized in that the means for. the plasma heating is a winding (114,120,124) connected to a high-frequency voltage source.

Device according to Claim 6, characterized in that the reaction chamber (32) is designed as a nozzle of a heat-resistant, heat-insulating material.

11. The apparatus of claim 6, wherein said plasma; at least one tangential gas supply (98) is provided by the generator (10) and the reaction chamber t32t.

Device according to Claim 6, characterized in that the cooling and separating space (130) consists of a through-going cooler (134), separators (136) and a collector (138).

Apparatus according to claim 6, characterized in that the reaction chamber (32) is connected to a vacuum tank (144) via a cooling and separation space (130).