本发明专利技术公开在反应器中实现的用于通过支持气体的等离子体处理携带碎片状材料或粉状元素的方法和装置，其中主要元件由电脉冲源供应的中间温度等离子体(PIT)发生器，所述电脉冲源的电流的幅值有限且产生频率、脉冲的持续时间和脉冲间的时间跨度的持续时间以这种方式被确定以产生大范围的非热等离子体(PIT)，等离子体和装载有待被处理的材料碎片或粉状元素(5)的运载气体助剂(4)沿与反应器的轴线同轴的相对于垂直于反应器的轴线的平面分别呈控制的角度α和β的螺旋轨迹运动，角度α和β能够根据待被处理的材料的性能和反应器的工艺参数和尺寸以给定方式改变。通过在反应器中组织有机材料的碎片或粉状元素上的等离子化学反应的影响，本发明专利技术的用途为给定属性和尺寸的发电厂的锅炉中的可燃粉末的燃烧和固体或气体可燃产品的产生。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术包括一种通过在接近于或高于大气压的压力下的非等温反应等离子体流 来处理两相碎片状或粉状材料的方法，即包括携带固相或液相片断的流体（优选为气体） 流的方法，以及用于实现该方法的装置。
技术介绍
在20世纪下半叶，在制作能够处理携带固相碎片的流体流的反应器中投入了大 量的努力。最有效的反应器很可能是基于气旋原理的能够在小容量紊流状态中获得高强度 热交换的水动力反应器。毫无疑问，最有效的应用是TorftechLtd. (Newbury,K)在1998 年研发的TorbedOReactor(参见www.torftech,com)。该方法尤其用于木材废料的干燥 以制造便携式有效的燃料。 理论上，强化该处理的唯一方法是使用等离子体形式的反映流。为此，等离子体反 应器已吸引了相当大的注意力，尤其是与通过等离子体化学转化材料的技术相关的等离子 体反应器，以及尤其与有机物燃烧、生物质回收利用、产品和废物的破坏和处理以及化学品 的生产相关的等离子体反应器。 尤其最广泛应用于工业和等离子体辅助燃烧以及生物的、家庭的、医疗的、工业的 和其他废物的破坏或转化的最著名的等离子体方法和装置利用直流电、交流电、高频、微波 诱导等温等离子体的反应。 术语"等温"指的是等离子体中不同组分的温度，尤其是重粒子（分子、原子、原子 团、离子和电子实际上相等。按照定义，当在其体积中的每个点满足条件I=T1时， 等离子体等温。 上述是等离子体的一般情况。这意味着等离子体中发生的化学反应是例如由著名 的阿伦尼乌斯方程（Arrheniusequation)描述的局部热力学平衡的关系。等温等离子体 的组分的浓度由同样著名的萨哈方程（Sahaequation)描述。 现有技术引导理所当然地认为等离子体技术比传统的转化材料的方法更有效 的用户设计主要在大气压力下，诸如直流、交流、射频或微波弧发生器，使用等温等离子 体（即，在热力学平衡状态中）的反应器。产生和使用的等离子体的温度根据生成条件 大约为6000-15000K。很明显，这种等尚子体对破坏（分解）有机分子是有效的。它们 对破坏非有机分子也是有效的。连同等尚子淬火过程（快速冷却，其防止许多有害分子 状态尤其是二恶英和呋喃的复合），这些技术已经证明其本身与传统的热化学技术相比 是有利的（例如，参见Khacef(A.)，Cormier(J. -M.)，Pouvesle(J. -M. )，J.Phys.D:Appl. PHYS. 35,p. 1491-1498, 2002.ZhukovM.F.Is.S. 0.ANUSSR,Ser.Techn.Nauk, 1970,V2 (58) P12 - 18;BurovI.S.，ErmolaevaE.M.，MosseA.L.，MinskITMO1975,p. 71 - 78 ;另请参 见www.europlasma,com)〇 使用在旋风分离器中由高频或微波电流源产生的一种或多种热等离子体的具 有不同几何尺寸和形状的反应器已经在属于FORETPLASMALABS、LLC、TheWoodlands、Texas(US)的专利技术（例如参见美国专利7.622. 693B2,优先权日：2009. 11.24)中被提出。 烟台龙岩电力技术有限公司在制作用于燃烧发电厂锅炉中的煤尘的等温等离子 体燃烧器（在热力学平衡中）中已经投入了大量的努力（例如参见优先权日为2012. 02. 02 的申请号为2012002563的专利）。 然而，描绘等温等离子体的高水平的温度（6000 - 12000K)是多余的。不可避免 的，如果我们使用等温等离子体，尤其在大气压力下，当温度水平（T=T1=TJ决定对等离 子的导电性必要的电子的浓度时，后者提供电弧和由此产生的等离子体射流的能量平衡。 然而，这种水平的温度对实现仅需要在1000K-3000K范围内的温度的等离子体化学反应是 过度的。涉及的温度（6000 - 12000K)导致巨大的能量消耗和复杂的结构，这就陷入了对使 用等温等离子体反应器的恰当理由的怀疑中。 另外，显然地，鉴于其高温，热等离子体可能受限的空间的维度必定较小，甚至在 上文提到的"FORETPLASMALABS"专利技术的情况中。这大大减小了这种等离子体与待被处理 的介质的接触表面，使反应相对低效并减少了它们的能量效率。
技术实现思路
因此，必要的解决方案是使用非等温等离子体。的确，如果产生和加速等离子体 中的电子并引起激发和电离该电子的反应的电场的幅值足够高，则等离子体变为非等温， 即： TjT1 (1) 至于关系（1)的发生，根据弗里德曼（等离子体化学剑桥大学出版社2008)，电场 E的幅值必须满足下列类型的条件（弱电离等离子体的情况）：E>k.T1.ne.Q/e (2)其中： e是电子电荷（e=I. 6X10 19C); k 是波尔兹曼常数（k = I. 4X 10 19J/K); T1是等离子体中重组分（分子、原子团、原子、离子）的温度（K); Q是等离子体中电子和中性组分之间的弹性碰撞的横截面（m2); ne是自由电子的浓度（m3)。 如果，例如，I\~2000K、ne~10+19m3、Q~10lsm2，则我们有E>104V/m。 在这种情况下，电子的温度可以由下列关系（例如参见 H.Hingana.^ContributiondI^etudedesproprietesdespIasmasddeux temperatures〃Doctoralthesis.Univ.PaulSabatier，Toulouse，2010. 12)石角定：Te~. (3)其中：me是电子质量（9. 1X10 31kg);Hi1是等离子体中中性重组分的（平均）质量； j是电流密度（A/m2)。 等离子体反应器中的非等温状态的等离子体的实际应用有技术优势。的确，在这 种情况中具有大的动能的电子有助于在破坏有机分子或将分子转化成可重复使用的组分 中极其有效的活跃的分子状态和原子团的形成。 在非等温等离子体中，重组分的温度水平（T1)可以为大约1000-3000K，其足够高 以在没有形成有害的化学成分的情况下实现所期望的化学反应，同时电子的温度通常为大 约6000-15000K，这提供足够的电流以支持等离子体射流的放电机制和能量平衡。 非等温等离子体发生器（参见公式（1)和（2))已经被提出并被专利保护并应 用于工业中（例如参见EngelshtV.S.,SaichenkoA.N.,OkopnikG.M.,MusinN.U.XI VsesoyuznayaKonf.Pogeneratoramnizkotemperaturnoyplazmi,Novosibirsk, 1989 ； P255；DesiatkovG.A. ,EnguelshtV.S. ,SaichenkoA.N.,MusinN.U. ,andal.Plasma JetsintheDevelopmentofNewMaterialsTechnology.Proc.OftheInternational Workshop3-9September,Frunze,USSREd. 0.P.Solonenko,A.I.Fe本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在例如圆柱形或圆锥形的反应器中处理碎片状或粉状材料的方法，其通过设置为以与所述反应器同轴的螺旋运动装载有碎片状材料或粉状元素的支持气体流和旋转反应流来实现，其特征在于：旋转流包括一种或多种在所谓的中间温度(PIT)的准稳定态的非热反应等离子体的持续射流(j)，其由交流电供应且在等于或高于大气压力的压力下操作的PIT等离子管产生，PIT等离子体在沿相对于垂直于所述反应器的对称轴的平面呈角度α的直径为De的螺旋轨迹或轨道线的紊流运动中行进，以及所述碎片状材料流由一种或多种支持气体的射流(i)按照相对于垂直于所述反应器的对称轴的平面呈角度β的直径为D的螺旋轨迹来推动，角度α和β在下列充分反应的条件下根据进入碎片状材料或粉状元素的流速G、推进剂的速度U、等离子体射流的速度Vs、进入的材料的碎片的平均特性尺寸l、反应区的长度Y来选择：α(±10％)＝arc sin(Y/jΛ)β(±15％)＝arc sin U.c.δ.ΔTf/i Y.Qp其中Λ是在中间温度的非热等离子体(PIT)的射流的长度(用m表示)，由经验式Λ＝kp(UI)0.3De0.2Vs0.3)给出；Qp是由所述等离子体给予所述碎片的能量流的密度(用W/m2表示)，由公式Qp＝(1/3) (kTl)0.5.ml‑0.5.E/l.σ给出；以及其中c是所述碎片状或粉状的材料的比热容(J/m3.K)；δ是作用在所述材料的碎片上的处理深度(m)；ΔTf确定处理(K)发生的温度范围e；U和I分别是由等离子体射流发生器给出的电极处的电压在一段时间内的平均幅值(用V表示)并且I是通过所述电极的相应的电流强度在一段时间内的平均幅值(用A表示)；Tl是所述等离子体中重粒子的平均温度(实际上为2000K)；Te是在中间温度的所述等离子体(PIT)中的电子的温度(K)；ml是所述等离子体中重粒子的平均质量(kg)；E(～kTl)是当与中间温度的非热等离子体的射流的分子I碰撞时传递给材料的碎片或粉状元素的等离子体化学能的量(J)；σ是所述等离子体中的粒子关于所述粒子间的弹性碰撞的横截面(实际上，σ～10‑19m2)；k是波尔兹曼常数(k＝1.38×10‑23J/K)；kp是经验系数(kp～6.31×10‑2ml0.5J‑0.3s0.3)。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：帕维尔·库里克，安纳托利·萨申科，
申请(专利权)人：阿本兹八一四零，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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