新颖等离子体焰炬及其在物质转化的方法中的应用技术

本发明专利技术涉及一种新颖的等离子体焰炬（１）并涉及它在物质的化学物理转化领域内的应用。所述等离子体焰炬（１）包括一对相互隔离的电极、存在与两个电极之间的等离子体电弧（１０）和设置用于聚集所述等离子体电弧（１０）的瞄准仪（１４）。所述放电材料存储于专门的存储槽内并通过金属蒸汽，优选通过碱性或碱土金属的蒸汽实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种新颖的等离子体焰炬及其可能的应用。
技术介绍
实质上，等离子体是最普通的材料状态。术语“等离子体”指离子化的气体，其中绝大部分的原子丢失了一个或多个电子并由此变为正离子。等离子体实际上是三种成分的混合物正离子、自由电子，和中性原子(或许是分子)。等离子体为其中电子浓度和离子浓度基本相等的准中性介质。在等离子体中，带电粒子之间的电子力起作用，因此它是受电磁力影响的动态体系。实际上，等离子体存在于各种气体放电(例如，电火花、雷电、电弧)中。从工业和科学方面讲，高温的准中性和准固定等离子体电弧非常重要，它们在例如冶金、玻璃化工艺、发电、危险垃圾处理和在高温下分解的有机材料与具有高卤素含量的塑料材料的循环汽化等领域中的应用也很重要。其中电弧形成温度甚至在相对高(约10,000℃)的电弧温度下可以精确控制而且其中熔炉气氛可以改变的等离子体能电弧熔炉(或等离子体熔炉)现在是公知的。装备有等离子体焰炬(torch)的等离子体熔炉(或类似设备)的主要缺点是，在这些设备中焰炬只形成极易控制的热源(熔化电弧)，即，它只起加热器的作用。用于使将要经受冶金工艺的材料白热化的热输入(现在是目标)以强辐射热传递的形式发生，电阻也因为通过阳极的电弧和作为阴极的目标的靠近而变热。在等离子体熔炉中应用的等离子体焰炬的输出接近目前的2.5MW的值，而且由于进行了改进，电极的总寿命已经达到了约1,000小时。然而，技术难度会阻止等离子体焰炬输出的进一步增长；目前，在更高的输出中，等离子体电弧的维持、获得电弧气体的适当离子化程度和冷却等离子体焰炬的组成元件仍未解决。直到现在，还没有造出这样的等离子体焰炬，其中正电极，即，阳极的连续消耗将不会限制等离子体焰炬的总寿命，并由此不会限制等离子体熔炉的总寿命。为了替代可消耗的阳极，在给定时间内，等离子体熔炉应该被停止，这会明显增加此类熔炉的操作成本。此外，在目前使用的等离子体焰炬中，将氮气、空气(也包括氮气)、氩气、氢气、氦气、甲烷或丙烷用作放电气体。当所述放电材料在与目标相互作用之后(即，在与目标热传递之后)从等离子体状态再冷却时，它们与脱离目标的蒸汽/气体混合，在很多情况下，它们也与它们反应并接着与这些蒸汽/气体一起通过气体清洁器/气体洁净器系统离开反应体积或(在等离子体熔炉的情况下)结合进残余炉渣中。在多数情况下，获得的产品是高污染的，因此应该解决它们的再循环或至少它们的处理，这也会增加讨论的等离子体焰炬的操作成本。例如，现在广泛使用的用氮气或空气作为放电气体的等离子体焰炬会产生大量含氮的烟雾(例如，NOX)作为副产品，这些烟雾严重地污染环境而且有害健康。将这些材料结合进炉渣和/或通过气体清洁器/气体洁净器系统滤出它们得不到预期的结果，结果，传统等离子体焰炬的NOX散发超出了环保措施规定的限制。当等离子体焰炬用于冶金目的时，还有一个问题是对于给定的等离子体冲击速度和等离子体体积，传递给目标的热量非常小，这是因为用作放电气体的材料的比重很低。另一方面，在我们研究期间我们得出结论，如果除了辐射热传递和目标的电阻加热，在等离子体离子与目标的碰撞中也采用如下所述产生的热能，等离子体焰炬影响的热传递的范围可以明显增加。被电磁场加速的等离子体电弧的正离子撞击在目标和/或其熔池的表面上，并进入更深层。在正离子与目标的原子、离子和分子的连续碰撞中，离子将它们的动能传递给所述的原子、离子和分子。结果，目标的原子和离子被激发或离子化，而且目标的较大分子撞击较小的部分。所有这些导致目标内激发的红外辐射密度的增加，这导致目标温度的急剧增加，由此，将获得目标的极度温度值。用作放电气体的材料的比重越大，此称为撞击加热的角色就越重。另一方面，在我们研究期间我们得出结论，当等离子体焰炬处理/暴露发生时，在目标内需要给定化学物理反应出现的情况下，可以通过选择合适的电弧气体材料按计划的方式影响这些反应的开始和进程。
技术实现思路
根据以上内容，本专利技术旨在开发一种新颖的等离子体焰炬，其消除现有等离子体焰炬和基于它的等离子体熔炉(以及其它设备)的不足和缺点，而且其中有效使用了通过等离子体相放电材料的离子冲击目标产生的碰撞加热。本专利技术的另一个目的是除了它的加热利用相关等离子体焰炬确保目标的计划化学物理工艺和反应的激活和进程。本专利技术的另一个目的是防止作为放电材料的材料增加残渣或废料的量，以及使它以稳定、易处理和不会污染环境的副产品的形式留在反应容器(例如等离子体熔炉)里。本专利技术的另一个目的是开发用于在某些特殊领域内应用此新颖等离子体焰炬的方法，例如在冶金或危险废料的处理领域。通常，通过构建其放电材料包括包含金属原子的气体/蒸汽而不是常规采用的非金属材料的等离子体焰炬来达到上述目的。优选金属原子的气体/蒸汽包括碱性或碱土金属蒸汽。甚至更加优选包含金属原子气体/蒸汽包括钠蒸汽(Na蒸汽)或钾蒸汽(K蒸汽)。也可选择金属原子气体/蒸汽还包括目标的计划化学物理反应发生所需的化学元素。具体地说，要达到本专利技术的上述目的，第一方面要通过开发一种包括放电材料的等离子体电弧的等离子体焰炬，其中所述等离子体电弧从带有高电压的第一电极延伸到与所述第一电极相隔一段距离的第二电极，而所述放电材料设置在存储设备中并通过所述存储设备中形成的出口送入所述等离子体电弧，而且其中沿所述等离子体电弧设置至少一个确保所述等离子体电弧的集中的瞄准仪，而且通过至少一种金属的蒸汽提供所述放电材料。具体地说，要达到本专利技术的上述目的，第二方面要通过一种用于从含金属的给料中提取纯金属的方法，其中提供具有金属出口和至少一个气体出口(off-take)和至少一个给料入口的熔炉，而且其中所述给料通过所述给料入口送入所述熔炉，而且其中(a)在所述熔炉内与所述给料相对设置等离子体焰炬，其中所述等离子体焰炬具有从带有高电压的第一电极延伸到第二电极的放电材料的等离子体电弧，以及其中通过至少一种金属的蒸汽提供所述放电材料；(b)将所述金属蒸汽的所述等离子体电弧引入所述给料；(c)用所述等离子体电弧加热所述给料，并同时使作为化学试剂的等离子体电弧的放电材料与所述给料发生化学反应，其中利用所述化学反应，所述给料的金属成分被释放，以及同时所述等离子体电弧的所述放电材料与所述给料的非金属成分结合；(d)通过所述气体出口从所述熔炉中除去由此获得的包括所述等离子体电弧的所述放电材料的物质；以及通过所述金属出口从所述熔炉中导出释放的所述金属成分作为纯金属。具体地说，要达到本专利技术的上述目的，第三方面要通过一种用于破坏有机物质的方法，其中所述将要破坏的有机物质与等离子体焰炬的等离子体电弧相互反应，其中使用至少一种金属的蒸汽形成所述等离子体焰炬的所述等离子体电弧。相对于常规的非金属放电气体等离子体焰炬，根据本专利技术的金属蒸汽电弧等离子体焰炬的最重要的优点如下(1)因为宽松约束的化合价电子，适当选择(主要是碱性或碱土)金属蒸汽电弧等离子体焰炬的放电气体可以很容易地以比常规非金属放电气体的原子/分子更低的能量输入离子化。因此，施加用于产生等离子体电弧的离子化形成部分减少了，也就是说，施加的能量的更多部分用于加速离子并由此用于目标的集中加热。(2)金属蒸汽等离子体电弧内的粒子的荷质比非常均匀，因为通过适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体焰炬，包括放电材料的等离子体电弧，其中所述等离子体电弧从带有高电压的第一电极延伸到与所述第一电极相隔一段距离的第二电极，所述放电材料设置在存储设备中并通过所述存储设备中形成的出口送入所述等离子体电弧，以及其中沿所述等离子体电弧设置至少一个确保所述等离子体电弧的集中的瞄准仪，其特征在于通过至少一种金属的蒸汽提供所述放电材料。

【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：LG博德罗格克齐，LG科泽基，
申请(专利权)人：普拉斯马’零五研究和开发有限公司，
类型：发明
国别省市：HU[匈牙利]