УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕВРАЩЕНИЯ МОЛЕКУЛ С ОДНОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССОЙ В МОЛЕКУЛЫ С ДРУГОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССОЙ Российский патент 1995 года по МПК B01J19/08 C01B13/11 

Изобретение относится к изменению размера молекул углеводорода в ходе процесса с использованием электрического метода и может использоваться либо для соединения небольших молекул в молекулы большего размера или для разделения более крупных молекул в меньшие молекулы.

В различных отраслях промышленности по переработке нефти используется процесс теплового разделения сырой нефти, которая представляет собой смесь углеводородов, для отделения различных фракций, которые в дальнейшем используются для специфических целей. Например, дизельное топливо, газолин, смазочные масла и асфальты отделяют выпариванием и последующей конденсацией при соответствующих различных температурах и уровнях в колонне. Получаемые выходы очищенных продуктов зависят от характеристик поставляемой сырой нефти, которые будут различными для каждого нефтяного месторождения. Спрос на рынке на каждую категорию очищенных продуктов меняется во времени, поэтому приспособление процесса переработки нефти к изменениям состава поступлений и спроса на выходе может быть трудным и спорным.

Другой процесс, который заключается в превращении более крупных молекул в более мелкие, называется крекингом, и он обычно проводится каталитическим воздействием на специальные поверхности при высоких температурах. Этим путем, например, излишнее количество тяжелых масел может быть преобразовано в газолин, который может пользоваться большим спросом на рынке. Ограничения для осуществления этого процесса заключаются в стоимости катализаторов, диапазоне молекул на входе, для которых они эффективны, и в затратах тепловой энергии, требуемой для этого процесса.

С другой стороны, поставка жидких углеводородов в мире также постепенно сокращается, и уже через несколько десятилетий известные запасы будут исчерпаны. Две очевидных альтернативы включают использование других природных источников углеводородов, которые поставляются в изобилии природный газ и тяжелые масла. Учитывая, что большая часть областей применения нефти в оборудовании относилась к различным видам топлива в жидкой форме (таким как бензин, дизельное топливо, топливо для реактивных самолетов и тому подобное), а транспортировка жидкого топлива при нормальных атмосферных температуре и давлении представляет собой бесспорное преимущество и была реализована в используемом сегодня оборудовании, ясно, что важное преимущество должно явиться следствием способа превращения природного газа (обычно метана и этана, СН₄ и С₂Н₆) в жидкости (С₄Н_х в С₁₀Н_у, например). Природный газ легко извлекается из месторождений, и, если его превратить в разновидности с более высоким молекулярным весом, его можно было бы легко транспортировать от отдаленных мест источника до потребителей через существующие трубопроводы или суда для жидкой нефти, в то время как в его естественной газообразной форме или в виде охлажденной жидкости, должны быть построены трубопроводы и суда специального назначения, а использование природного газа в качестве топлива для транспортных средств потребителем должно потребовать значительных вложений в новое оборудование на транспортных средствах. На практике был создан и коммерчески реализован правительством Новой Зеландии процесс, при котором производится примерно 14,450 баррелей (2297261 л) бензина в день с использованием природного газа в качестве исходного сырья. Он представляет собой трехстадийный процесс при первой стадии производится водород и окись углерода, при второй производят метанол, а при третьей производится бензин. Две трудности при осуществлении заключаются, во-первых, в том, что используют процесс многостадийного превращения из природного газа в бензин, во-вторых, что используют высокие рабочие температуры (от 315 до 450^оС). Обе трудности ведут к потере энергии и высокой стоимости начального оборудования. Усовершенствованием является подход, при котором используется одностадийное прямое преобразование, при котором энергия, которая должна быть подана для реакции, специально используется для осуществления молекулярного преобразования, с минимальной потерей в виде тепла. Кроме того, процесс ограничен в отношении размера крупных молекул, которые могут быть образованы внутренними размерами колонок молекулы синтетического цеолита. Способ, который позволяет комбинирование молекул с вероятно неограниченными более крупными размерами, должен был бы иметь дополнительные случаи для применения при производстве смазочных масел и более тяжелых сред. Таким образом принцип молекулярного превращения имеет широкое применение.

Хотя вышеизложенное обсуждение молекулярного превращения ориентировано на превращение газообразных углеводородов в жидкие, совершенно очевидно, что газообразные соединения, содержащие другие элементы, такие как кислород, хлор, фтор, бром, азот, сера, водород, кремний и другие элементы, могли бы быть изменены в соединение с целью получения определенных выгод, таких как снижение токсичности, до их выброса в окружающую среду, или изменение состава с тем, чтобы превратить вредные газы в безвредные жидкости или газы до их выбрасывания в окружающую среду. Например, имеющиеся в атмосфере газообразные хлорированные и фторированные углеводороды, которые взаимодействуют с имеющимся в естественной среде ультрафиолетовым облучением, могли бы быть превращены в жидкие формы в сочетании с другими элементами, которые были бы относительно безвредными.

Известно устройство для превращения молекул с одним молекулярным весом в молекулы с другим молекулярным весом, содержащее реакционную камеру, установленные в камере трубчатые элементы, средство для впуска газа, первое средство для выпуска газа, второе средство для выпуска газа и первый внешний источник напряжения.

Целью изобретения является создание эффективного электрического устройства для превращения различных молекул в новые молекулярные разновидности.

Устройство состоит из множества трубок, выполненных из стекла или керамики, которые имеют электрически полупроводящие внутренние стенки. Путем подачи напряжения от одного конца этой решетки из трубок к противоположному концу устанавливается электрическое поле, которое параллельно внутренним поверхностям. Слабый источник электронов расположен на отрицательно подсоединенном конце решетки или непосредственно снаружи, эти электроны ускоряются вдоль внутренних областей трубок, возможно, ударяя о стенки, с энергией, значения которой могут находиться в диапазоне от нескольких электрон-вольт до более чем ста электрон-вольт. Для потока электронов обычно используют давления газа менее 1 торра, хотя работа при давлениях выше на несколько порядков возможна, если при работе в качестве дополнительного усовершенствования требуется использовать явления объемного взаимодействия электрон/ион. Газ, который должен быть преобразован, подводят в камеру со стороны трубчатой решетки, которая противоположна источнику электронов. Происходит диффузия газа источника в трубчатую решетку с поглощением молекул газа во внутренние стенки трубки. После удара электронов по внутренним стенкам трубки происходит несколько процессов, наиболее очевидным из которых является разрушение молекулярного соединения поглощенного газа. В случае метана, используемого в качестве источника газа, создается ион водорода, Н⁺, который немедленно отделяется от своей первичной молекулы воздействием электрического поля. Созданные такие образом ионы водорода ускоряются вдоль трубки по направлению к отрицательному концу, ударяя в стенки вдоль пути и, после удара, разрушая связь молекул метана, они служат также в качестве дополнительного источника электронов посредством индуцированной ионами эмиссии электронов. Удар электронов также создает вторичную электронную эмиссию с явным усилением электронного потока вдоль длины трубки. Кроме того, как только с молекул метана срываются один или более атомов водорода, они имеют четкий отрицательный заряд, который, если они высвобождаются с поверхности стенки энергией, связанной с ударом электронов, побуждает их ускоряться назад к положительному концу трубки. В таком состоянии активации они легко свяжутся с другими подобными разновидностями после столкновения с ними, и вполне вероятно образование связей углерод-углерод. Таким образом в результате повторного применения этого процесса происходит образование более высокого порядка смесей парафинов, ароматических соединений, олефинов и полиенов, и электрическое поле обеспечивает возможность физического отделения имеющегося водорода от вновь образованных углеводородных продуктов высшего порядка. Смена заряда возможна из-за протока электронов по пространству и протекания электрического тока через полупроводниковую подложку. Энергия для диссоциации поступает от электрического поля, которое ускоряет электроны, ионы водорода и комплексные углеводородные ионы. Передача энергии осуществляется прямым ударом по внутренним поверхностям трубок; эффекты объемного взаимодействия также происходят при более высоких давлениях с подобными результатами. Как химически поглощенные молекулы, так и физически поглощенные молекулы на поверхности испытывают воздействие и преобразуются в результате процесса электронной бомбардировки. Молекулы более высокого порядка электрически перемещаются к зоне более высокого давления входящего газа, где они уносятся градиентом давления впускаемого газа латерально к выходящему потоку. Стадия конденсации удаляет затем виды высшего порядка и метан вновь пускают в рециркуляцию через устройство. То же самое устройство, если его приводить в действие в режиме высокого электронного потока, могло бы разложить углеводородные молекулы высшего порядка, отложенные на стенках трубки вблизи от выходного конца, и отдельный собирающий электрод, поддерживаемый на более значительном положительном напряжении, должен притягивать такие фрагменты. В этом варианте виды с низшим молекулярным весом могли бы быть произведены из больших молекул. Поступление газовых смесей в этот аппарат должно было бы привести к ряду соединений на выходе, с очень большим числом возможностей, которые могли бы быть рассмотрены, среди них могла бы происходить детоксификация определенных газов или жидкостей. Ионы водорода, выходящие из концов с отрицательной полярностью в трубках, могли бы быть использованы для фрагментирования молекул углеводородов с высоким молекулярным весом в ходе поверхностного взаимодействия либо в ходе объемного взаимодействия, и могли бы входить в комбинацию с тем, чтобы могли образовываться молекулы среднего веса (например, С₃Н_х до С₁₀Н_у). Даже чистый углерод (такой как каменный уголь) мог бы быть переведен таким образом в газообразное состояние, а полученные углеводороды могли бы быть откачаны.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, разрез; на фиг. 2 часть параллельной решетки из труб, разрез; на фиг. 3 одна трубка, разрез; на фиг. 4 одна трубка с углом между электрическим полем и осью трубки, разрез; на фиг. 5 устройство с аксиальным протоком с квадратно-симметричной установкой трубок, разрез; на фиг. 6 то же, разрез с торца.

Устройство 1 для изменения молекулярного веса углеводородов содержит камеру 2 со стенками, выполненными из стекла, керамики или металла, средство 3 для впуска газа, штуцер 4 для выпуска газа и штуцер 5 для выпуска водорода. На внутренней стенке камеры 2 или вблизи нее расположен электрод 6, выполненный из металла, а на противоположной стороне камеры 2 расположен другой электрод 7, выполненный из металла или подходящего полупроводникового материала, который может служить в качестве источника электронов. Внутри центральной части камеры 2 установлено множество трубчатых элементов 8, которые соединены вместе вдоль их внешних границ в виде решетки 9 так, чтобы ось каждого трубчатого элемента 8 была расположена параллельно между собой. Трубчатые элементы 8 состоят из соответствующего стекла, стеклокерамики или керамики и соединены вместе прямым расплавлением их граней 10 (фиг. 2), или могут также быть связаны вместе с помощью стекла с низкой температурой размягчения, проложенного на гранях 10. Внутренняя часть трубок (элементов 8) представляет собой открытые цилиндры 11 с внутренними поверхностями 12, которые имеют свойства вторичной электронной эмиссии и имеют зону полупроводящего материала, расположенную под поверхностями 12. Решетка 9 трубчатых элементов несет покрытие из материала металлического электрода 13 и 14, такого как золото, никель или алюминий на поверхностях электродов 13 и 14, при проникновении открытых цилиндров 11 в материал металлических электродов. Три источника напряжения имеются, при этом источник 15 соединен между поверхностями электродов 13 и 14 решетки 9 трубчатых элементов, источник 16 подсоединен от электрода 14 к электроду 6, а источник 17 подсоединен от электрода 7 к электроду 13. Показано соединение этих источников через стеклянную или керамическую камеру 2, в то время как при использовании стенки камеры из металла должны потребоваться отдельные изоляционные соединения сквозь стенку камеры.

При кратком описании работы устройства в том режиме, когда он увеличивает молекулярные веса углеводородов, входящий газ, такой как метан СН₄ или этан С₂Н₆, поступает через штуцер (средство 3) в камеру 2, при окружающем давлении 10^-6 до 1 торра, например. Происходит диффузия газа в элементах 8, при этом часть газа поглощается на внутренних поверхностях 12. Электроны, поступающие либо из электрода 7, либо в результате автоэлектронной эмиссии от кромок металлического покрытия на поверхности электрода 13, или от космических лучей, фотоэмиссии или от других природных источников, ускоряются по длине областей от электрода 7 к поверхности электрода 13, и вперед к поверхности электрода 14, ударяясь о внутренние поверхности 12 по пути со значительными величинами энергии, такими как от 10 до 100 электрон-вольт. Диапазон значений энергии может регулироваться с помощью источника 15 напряжения. Происходит последовательность каскадно производимых ударов, в результате чего ионы водорода удаляются из поглощенных молекул, а ионы водорода могут перемещаться в открытых цилиндрах 11 к поверхности электрода 13, в то время как одновременно это позволяет отрицательно заряженным ионам водорода перемещаться в открытых цилиндрах к поверхности электрода 14. Последующие удары этих ионов водорода с другими подобными заряженными или нейтральными разновидностями приводят к группированию в более крупные молекулы углеводородов, которые возникают с поверхности электродов 14 и откачиваются в выходной штуцер 4. Попутно извлеченные ионы водорода уносятся электрическим полем мимо поверхности электрода 13, где они связываются с другими той же самой разновидности и откачиваются в выпускной штуцер 5. Некоторая часть вошедшего метана пройдет путем диффузии непосредственно в выходной штуцер 4 и будет отделена в ходе последующих стадий конденсирования более тяжелых молекул углеводородов, образованных при работе устройства, после чего метан может быть возвращен в цикл назад во входной поток, который запитывает патрубок (средство 3).

Для дальнейшей разработки подробностей механизма разделения и рекомбинации, со ссылкой на фиг. 3, молекулы метана 18 могут рассматриваться как поглощенные на внутренних поверхностях 12 в сильной, хемисорбционной связи с кремнеземом или глиноземом, который относится к поверхностному монослою, а также в более слабой, многослойной молекулярной связи с дополнительными молекулами. Когда внутренняя поверхность 12 испытывает удар попавшего электрона 19 с энергией в диапазоне от 10 до 100 электрон-вольт, начинается множество процессов. Часть энергии попадающего электрона 19 идет на создание вторичных электронов 20, которые испускаются с поверхности 12 и которые ускоряются в параболических траекториях до осуществления процесса при последующем столкновении с поверхностью 12. Часть энергии попадающего электрона 19 идет на отделение положительного иона 21 водорода от молекулы абсорбированного газа (метана 18), создавая отрицательно заряженный ион 22 углеводорода, например СН₃ или СН₂. Часть энергии попадающего электрона 19 сообщает достаточную кинетическую энергию ионам 21 и 22, в результате чего они отделяются от их места создания на поверхности и ускоряются вдоль направления электрического поля по параболическим каналам. Ион 21 водорода впоследствии столкнется с поверхностью 12 с достаточной энергией для создания вторичных электронов, которые будут способствовать созданию электронного каскада, требуемого для процесса; это обозначает эффект обратной связи положительных ионов. Тот же самый удар иона 21 водорода о поверхность 12 также создает достаточную энергию для разрыва связи одной или нескольких молекул (метана 18) газа, абсорбированных в этом месте, создавая дополнительные положительные ионы водорода и отрицательные ионы углеводородов, которые высвобождаются с этого места и которые ускоряются в противоположных направлениях вдоль направления электрического поля, способствуя таким образом процессу. Ион 22 углеводорода, приобретающий кинетическую энергию вдоль своей параболической траектории, ударяет о поверхность 12 с энергией, достаточной для разрыва связей молекул метана 18 в месте столкновения, позволяя образование связи углерод-углерод в этом месте, и таким образом создание молекулы 23 углеводорода (иона) с более высоким молекулярным весом, которая показана в отрицательно заряженном состоянии иона на фиг. 3, когда она снимается с поверхности электрода 14. В месте образования связи углерод-углерод можно ожидать, что происходят другие процессы, такие как получение вторичных электронов и получение ионов водорода. В некоторых случаях углеводород с более высоким молекулярным весом может не покинуть поверхность 12 немедленно после создания, но будет смещен последующим ударом электрона или иона. Таким образом происходит следующее: кинетическая энергия электронов и ионов подается на зону поверхности, где абсорбированы молекулы углеводорода; разрыв по крайней мере одной из углеводородных связей приводит к отделению вида с помощью электрического поля; попадание энергетического иона углеводорода на поверхностную зону дополнительно разрывает абсорбированные молекулы и побуждает их образовывать связи углерод-углерод; молекулы с более высоким молекулярным весом перемещаются в виде ионов в направлении, противоположном направлению избыточного водорода, к концу устройства, где они откачиваются.

Заполнение молекулами метана 18 поверхности произойдет быстро путем диффузии и осаждения из газовой фазы, присутствующей в трубке. Некоторая степень взаимодействия между заряженными частицами и нейтральными молекулами в объемном пространстве трубки также будет иметь место, с разделением заряда и тенденциями разделения видов, как описано в отношении поверхностей 12, что еще больше ускоряет процесс.

Должное количество заряда, требуемое для сохранения электронного тока в каждом месте столкновения, обеспечивается малым током, протекающим в полупроводящем слое толщиной едва несколько сот Ангстрем или менее, под поверхностью 12. Такой слой легко образуется с помощью предшествующей высокотемпературной обработки восстановления водорода, например свинцово-окисного алюмосиликатного стекла.

Параболические траектории электронов и ионов имеют длину, которая зависит от силы электрического поля, а также от начальной кинетической энергии частиц и их направления эмиссии с поверхности. Ввиду того, что создание при ударе этих заряженных частиц влечет за собой сочетание многих случайных процессов внутри поверхности 12, направление и начальная кинетическая энергия частиц будут следовать по статической функции распределения. Некоторые из этих частиц последуют по траектории, которые очень длинны, позволяя им получить сотни электрон-вольт кинетической энергии. Это может привести к полному удалению водорода при ударе с отложением элементарного углерода. Хотя это может быть удалено в результате последующих ударов, может оказаться полезным установить как нижний, так и верхний пределы в диапазоне энергий столкновения.

Согласно фиг. 4 между электрическим полем и осью трубки образован угол, при изготовлении связки трубок и затем путем разрезания пучка под таким углом. Молекулы метана 18 не показаны на фиг. 4, но присутствуют вдоль поверхности 12. Удар электронов 19 создает ион 21 водорода, ион 22 углеводорода и вторичные электроны 24. Так как имеется угол между электрическим полем и трубчатой осью, длина параболических траекторий резко ограничена. Например, если электрическое поле составляет 10 В на диаметр, длины траектории от трех диаметров или менее, то получение энергий удара в 30 электрон-вольт или менее может быть обеспечено. В этом случае возможно много более столкновений по длине с созданием более крупных молекулярных ионов 20 и 23. Длина этих трубок может простираться от 10 до 1000 диаметров или более, а сочетание угла, напряженность электрического поля, соотношение длина/диаметр и общая длина могут быть выбраны для оптимизации процесса превращения в каждом особом случае в зависимости от разновидностей молекул на входе, скоростей протока и желаемого спектра разновидностей молекул на выходе.

Можно использовать различную геометрию для взаимодействия потока молекул на входе со многими миллионами электрических реакционных трубок. Одна возможная конфигурация изображена на фиг. 5, где множество трубчатых элементов 8 расположены лицом к центральной сердечниковой зоне в решетке 9, с электродом 6 в форме стержня в центре сердечниковой зоны. Квадратная симметрия этого устройства с аксиальным протоком показана на фиг. 6, где электрод 6 создает электрическое поле для несения более крупных отрицательно заряженных молекул от выходящих поверхностных электродов 14 трубчатых элементов. Источники 15, 16, 17 напряжения преднамеренно не указаны на фиг. 5 и 6, но являются существенными для работы. Молекулы на входе из патрубка (средства 3) превращаются в трубчатых элементах 8, и молекулы с более значительным молекулярным весом выводятся у штуцера 4, при извлечении водорода через штуцер 5. Поток газа от входного патрубка (средства 3) до выходного штуцера 4 может быть увеличен с помощью магнитного поля, если требуется ускорить продвижение преобразованных заряженных молекул к штуцеру 4. В этом случае одной конфигурацией могло бы быть магнитное поле цилиндрической симметрии, которое можно было бы получить большим током в электроде 4, который в этом случае должен был бы проникнуть в стенку камеры 2 в двух местах и который был бы присоединен к подходящему источнику тока. В соответствии с хорошо известными принципами магнитная сила на заряженных частицах должна быть в направлении аксиального потока. Такое магнитное поле должно бы простираться в трубчатые элементы 8, где оно увеличило бы число столкновений заряженных частиц со стенками и в некоторых обстоятельствах улучшило бы эффективность превращения.

Использование: для превращения молекул с малой мол.м. таких как метан, в молекулы с более высокой мол.м. такие как гептан и октан. Сущность изобретения: реакционная камера содержит решетку из параллельных диэлектрических трубок с полупроводящим слоем под их внутренними поверхностями, который проводит ток. Во время работы электроны ударяют по внутренней поверхности трубок, ионизируя молекулы, поглощенные на поверхностях, которые затем ускоряются электрическим полем и переносятся на новое место на поверхности, где они соединяются с поглощенными молекулами для образования разнообразных новых, более крупных молекул. Избыточный водород в ионизированном состоянии удаляется при его ускорении электрическим полем к противоположным концам трубок. При некоторых условиях работы большие молекулы могут быть разделены на малые. Ионизация с регулируемым ударом электронов в данном устройстве также может осуществлять реакции среди нескольких разновидностей молекул, которые были бы невероятны или невозможны при нормальных условиях химического равновесия, или с обычными катализаторами. 13 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕВРАЩЕНИЯ МОЛЕКУЛ С ОДНОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССОЙ В МОЛЕКУЛЫ С ДРУГОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССОЙ, содержащее реакционную камеру, установленные в камере трубчатые элементы, средство для впуска газа, первое средство для выпуска газа, второе средство для выпуска газа и первый внешний источник напряжения, отличающееся тем, что трубчатые элементы, имеющие продольную ось, расположены в основном параллельно друг другу и соединены вместе с образованием решетки, каждый из трубчатых элементов имеет внутреннюю поверхность с полупроводящим слоем, а первый внешний источник напряжения электрически соединен с решеткой трубчатых элементов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что решетка имеет первый и второй концы, а средство впуска газа и первое средство выпуска газа расположены около первого конца решетки, причем первый конец решетки соединен с клеммой положительного напряжения первого внешнего источника напряжения, а второе средство выпуска газа расположено около второго конца решетки трубчатых элементов. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что решетка имеет первый и второй концы, при этом первый конец и второй конец решетки расположены в плоскостях, находящихся под углом примерно 90^o относительно продольных осей трубчатых элементов. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что решетка имеет первый и второй концы, а устройство содержит первый электрод, расположенный на первом конце решетки, и второй электрод, расположенный на втором конце решетки, причем первый электрод соединен с клеммой положительного напряжения первого внешнего источника напряжения, а второй электрод соединен с клеммой отрицательного напряжения первого внешнего источника напряжения. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что решетка имеет первый и второй концы, а устройство содержит первый электрод, расположенный на первом конце решетки, второй электрод, расположенный на втором конце решетки, третий электрод, расположенный параллельно, но на некотором расстоянии от первого электрода, четвертый электрод, расположенный параллельно, но на некотором расстоянии от второго электрода, второй внешний источник напряжения и третий внешний источник напряжения, при этом первый электрод соединен с клеммой отрицательного напряжения второго внешнего источника напряжения, третий электрод соединен с клеммой положительного напряжения второго внешнего источника напряжения, четвертый электрод соединен с клеммой отрицательного напряжения третьего внешнего источника напряжения, а второй электрод соединен с клеммой положительного напряжения третьего источника напряжения. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере вторую решетку, причем каждая решетка имеет продольную ось и все эти решетки расположены вокруг центральной оси, так чтобы продольные оси решеток были ориентированы перпендикулярно к центральной оси. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что содержит второй внешний источник напряжения и линейный электрод, расположенный около центральной оси и соединенный с клеммой положительного напряжения второго внешнего источника питания, при этом клемма отрицательного напряжения второго источника напряжения соединена с клеммой положительного напряжения первого внешнего источника напряжения. 8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что четвертый электрод выполнен из материала, проявляющего свойства эмиссии электронов. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средство для приложения магнитного поля к молекулам с первой молекулярной массой. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит множество трубчатых элементов, каждый со своей продольной осью, соединенных вместе с образованием решетки так, чтобы продольные оси трубчатых элементов располагались параллельно одна другой. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит второе средство впуска газа. 12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что решетка имеет первый и второй концы, устройство содержит второе средство впуска газа, при этом первое средство впуска газа, второе средство впуска газа и первое средство выпуска газа расположены смежно первому концу решетки, первый конец решетки соединен с клеммой положительного напряжения первого внешнего источника напряжения, а второе средство выпуска газа расположено смежно второму концу решетки трубчатых элементов. 13. Устройство по п.4, отличающееся тем, что первый внешний источник напряжения генерирует напряжение, имеющее изменяющийся во времени компонент и статический компонент. 14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубчатые элементы имеют первый конец и концы, которые расположены в плоскостях, находящихся под углом менее 90^o к продольной оси трубчатых элементов.