Способ плазменно-дуговой обработки Советский патент 1982 года по МПК B23K35/38 

необходимо для конверсии хчмоводородо. входящих в смесь.

Подобный эффект лшжно объяснлть следующим образом.

Во всякой нсодиородпой газовой смеси под действием цеитробежны.х. сил и градиеитов температур 11роисход 1т механическое и тер.модиффузпонное разделение rasoti, входящих в смесь. При этом более тяжелые молекулы смен;аются к. периферии и в более холодные области, а более легкие - к центру и в более иагретые области. В электрической дуге ирн наличии значительных градиентов темиератур, значительио возраста1онд1х в случае ее газовой стабилизации, всегда наблюдается химическая иеоднородность газовой атмосферы в ионеречиом сечении и по длипе дуги. Газы с большим молекуляриым весом оттесняются на периферию дуги, а с меньшим - к ее оси. Оеремеиный же химический состав ио сечению и но длине дуги создает различные условия функционирования нриэлектродных областей и столба дуги.

В рассматриваемом случае все газы и нары, нрнмеияемые как окислители, имеют больший молекулярный вес, чем углеро/т, (мол. вес 12) - продукт ниролиза углеводородов смеси. Так, молекулярный вес водяного нара - 18, воздуха - 29, кислорода - 32, углекислого газа - 44. Соответственно соотношением весов того или иного окислителя и углерода происходит их разделеине в нлазмообразующей смеси: углерод оттесняется к оси дуги, т. е. к актнвны.м участкам электродов, а окислитель на периферию дуги. В результате такого распределения нри избытке окислителя обесиечивается выса}кивание углерода на рабочей иоверхности электродов и связывание свободного углерода в химические соединения (СО, СО2), иеонасные для качества обрабатываемого дугой материала в уже нагретом дугой газе.

Количество, введенное в илазмообразующую с.месь окислителя, оставшееся в нределах 1,05-2,5 от количества, необходимого для полной конверсии углеводородов, иринимают тем больше, чем больше молекуляриый вее окислителя, т. е. чем более неравномерен химический состав илазмообразуюи1ей смеси ио сечеиию и ио длине дуги. Так, в смеси природного газа с воздухом, носледннй вводят в смесь в количестве в 1,05-1,3 раза больидем, чем это необходимо для конверсии природного газа.

В смеси природного газа с углекислым газом последний вводят в смесь в количестве в 1,9-2,5 раза большем, чем это необходимо для конверсии природиого газа.

При гореиии дуги в илазмообразуюни1х смесях такого состава иа рабочей поверхности ненлавящнхся электродов формируется углеродное образование с иеизменными во времеин коифигурацией и размерами, ностоянно возобновляющееся в течение всего времени горения дуги, а в нагретом дугой газе нолиостыо отсутствует несвязанный углерод.

Введение в смесь окислите.1я в количестве более чем в 2,5 раза превосходящем необходимое для нолной конверсии углеводородов смеси, не обеснечивает иостояиного возобновления ненлавящихся электродов из углерода - продукта пиролиза углеводородов с.мееи.

Введение в смесь окислителя в количестве менее чем в 1,05 раза превосходящем иеобходимое для иолной конверсии углеводородов смеси, не нсключает полностью несвязанный углерод в нагретом дуго газе.

При горении дуги is условиях, соответcTiiyiOHuix 11)ел, .му п:()брете;1П1(), образуетея и постоянно }озобиов,1яется и:; илазмообразуюишй ереды катод.

Эмиттер, формируюнпиа-я и ностоянно возобновляюни1йся из углерода -- продукта ииролиза углеводородов илазмообразуюи ей ереды, имеет четкие н резко очерченные границы. Это обеснечнвает локализацию катодной области дуги п стабнльное ее горение нрактичс-ски нсограннченнос время. Несвязанный углерод в нагретом дугой газе отсутствует полностью.

Предлагаемое изобретение прошло успешно длнтельпую проверку на укрупненно-лабораторных установках института «Гиироникель нри гореиии дуги мощностью до 200 кВт в илазмообразующих смесях различного состава, но с количеством окислителя в них, лежащем в заявляемом диаиазоне.

Пример 1. В илазмообразующую среду дуги, содержащую метан с расходом 3800 нл/ч, горящей в илазмотроне, иосле выхода иа режим стабильного горения вводят воздух в количеетве 9500 пл/ч, т. е. в 1,05 раза большем необходнмого для конверснн указанного колнчества метана. Дуг ноддержнвают на токе 400 А при мощноетн 112,5 кВт. В этих условиях формируется ностоянно возобиовляюиишся катод, а в нагретом дугой газе полностью отсутствует несвязанный углерод.

Пример. 2. В нлазмообразующую среду, содержащую метан с расходом 3300 нл/ч дугп, горящей в плазмотроне, после выхода на режнм стабильного горения введен углекислый газ н количестве 6250 нл/ч, т. е. в 1.9 раза больп1ем необходимого для конверсии указаиного количества метана.

Дугу ноддержнвают на токе 520 А нри мониюсти 156 кВт. В этих условиях формируется иостоянно возобновляющийся к;атод, а в нагретом дугой газе полностью отсутствует несвязанный углерод.

Пример 3. В илазмообразующую среду, содержащую метан с расходом 4500 1л/ч дуги, гopян eй в плазмотроне, носле выхода на режим стабильиого горения вводят углекислый газ в количестве 11250 нл/ч, т. с. в 2,5 раза большем необходимого для конверсии указанного количества метана. Дугу поддерживают на токе 700 А нри мощности 250 кЕ5т. В этих условиях формируется постоянно возобновляющийся катод, а в нагретом дугой газе иолиостью отсутствует несвязанный углерод.

Формула изобретен и я

Снособ илазмеиио-дуговой обработки с использованием илазмообразующсй смеси, содержаи,ей углеводороды и окислитель, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повыщения качества обработки, окислитель в

плазмообразующу)о смесь вводят в количестве в 1,05-2,5 раза большем, чем это небходимо для иолной конверсии углеводородов смеси.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Рудеико А. И. и др. Влияние основных параметров процесса на равновесную

концентрацию окиси азота в воздушно-углеводородиой плазме физика, техника и применение низкотемиературной плазмы. Алма-Ата, 1970, с. 15-18.

2.Авторское свидетельство СССР Л;} 428646, кл. В 23 К 9/16, 1972.