DE3871723T2 - METHOD AND DEVICE FOR THE HYDRATING PYROLYSIS OF HEAVY CARBON HYDROGEN BY A PLASMA JET, IN PARTICULAR A H2 / CH4 PLASMA. - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR THE HYDRATING PYROLYSIS OF HEAVY CARBON HYDROGEN BY A PLASMA JET, IN PARTICULAR A H2 / CH4 PLASMA.Info
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung für die hydrierende Pyrolyse von schweren Kohlenwasserstoffen.The present invention relates to a process and a device for the hydrogenating pyrolysis of heavy hydrocarbons.
Die hydrierende Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen, die ihre Anwendung hauptsächlich beim Cracken flüssiger Kohlenwasserstoffe zu einer großen Anzahl von Kohlenstoffen und/oder mit einem wesentlichen Anteil aromatischer Komponenten findet, besteht darin, ein thermisches Cracken in Anwesenheit von Wasserstoff durch Verdünnen der Kohlenwasserstoffe in einer wasserstoffangereicherten Gasphase bei mäßigem Druck (einige bar bis einige 10 bar) zu bewirken.Hydrogenative pyrolysis of hydrocarbons, which is used mainly in the cracking of liquid hydrocarbons containing a large number of carbons and/or a significant proportion of aromatic components, consists in carrying out thermal cracking in the presence of hydrogen by diluting the hydrocarbons in a hydrogen-enriched gas phase at moderate pressure (from a few bars to a few tens of bars).
Der während dieser Reaktion im Überschuß vorliegende Wasserstoff übt eine blockierende Wirkung auf unerwünschte Polymerisations-, Kondensations- und Aromatisationsreaktionen zwischen zwei ungesättigten Kohlenwasserstoffmolekülen aus. Die Reaktionen bringen im wesentlichen freie Radikale ins Spiel (hauptsächlich H , aber gleichermaßen CH , CH , CH ), eine charakteristische Erscheinung der hydrierenden Pyrolyse im Hinblick auf das thermische Cracken ohne Wasserstoff, wobei die Anwesenheit und die Rekombinationskinetik dieser freien Radikale wesentliche Parameter sind, die den Wirkungsgrad und die Ausbeute der ins Auge gefaßten Reaktion der hydrierenden Pyrolyse bestimmen.The excess hydrogen present during this reaction exerts a blocking effect on undesirable polymerization, condensation and aromatization reactions between two unsaturated hydrocarbon molecules. The reactions essentially involve free radicals (mainly H , but also CH , CH , CH ), a characteristic phenomenon of hydropyrolysis with regard to thermal cracking without hydrogen, the presence and recombination kinetics of these free radicals being essential parameters that determine the efficiency and yield of the hydropyrolysis reaction envisaged.
Das Cracken durch hydrierende Pyrolyse findet seine Anwendung insbesondere bei der Transformation schwerer Reste, welche einen erhöhten Anteil nicht flüchtiger aromatischer Bestandteile ebenso wie einen erhöhten Anteil an Rückständen (Ni, V, S) aufweisen, die die direkte Hydrierung durch Katalyse schwierig und kostspielig machen, insbesondere aufgrund des schnellen Abbaus des Katalysators durch die Rückstände.Cracking by hydrogenating pyrolysis is particularly used in the transformation of heavy residues which have an increased proportion of non-volatile aromatic components as well as an increased proportion of residues (Ni, V, S) which make direct hydrogenation by catalysis difficult and costly, in particular due to the rapid degradation of the catalyst by the residues.
Insbesondere besorgt das Cracken durch hydrierende Pyrolyse eine praktisch vollständige Umwandlung dieser schweren Reste in eine große Anzahl von Kohlenstoffen aus flüssigen und gasförmigen Produkten.In particular, cracking by hydropyrolysis ensures a practically complete conversion of these heavy residues into a large number of carbons from liquid and gaseous products.
Die FR-A-2 542 004 beschreibt insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, elektrizitätsunterstützt, des Crackens durch hydrierende Pyrolyse, wobei ein elektrischer Bogen zwischen einer Anode und einer Kathode erzeugt wird, die einander gegenüberliegend beabstandet angeordnet sind, wobei die Kohlenwasserstoffe in Form einer Wirbelströmung um die Bogensäule eingesprüht werden.FR-A-2 542 004 describes in particular a process and an apparatus, assisted by electricity, for cracking by hydropyrolysis, in which an electric arc is generated between an anode and a cathode arranged opposite one another and spaced apart, the hydrocarbons being sprayed in the form of a vortex flow around the arc column.
Eine der Schwierigkeiten, denen man bei diesem Umwandlungstyp begegnet, und die inhärent für die Bedeutung ist, die den freien Radikalen zukommt, besteht darin, die größtmögliche Menge freier Radikale herzustellen und diese in ihrem freien Zustand während der Dauer des Kontaktes mit den Kohlenwasserstoffen zu halten, wobei vorzeitige Rekombinationsreaktionen (im wesentlichen H zu H&sub2;) vor der Reaktion vermieden werden, und auf die innigstmögliche Weise diese freien Radikale mit den umzuwandelnden Produkten vor der Rekombination zu mischen.One of the difficulties encountered in this type of transformation, and inherent to the importance of free radicals, is to produce the greatest possible quantity of free radicals and to maintain them in their free state during the period of contact with the hydrocarbons, avoiding premature recombination reactions (essentially H to H2) prior to the reaction and to mix in the most intimate way possible these free radicals with the products to be transformed prior to recombination.
Es besteht gleichermaßen Grund dafür, die Austauschfläche der freien Radikale mit den umzuwandelnden Produkten auf das Maximum anzuheben.There is also a reason to maximize the exchange surface of the free radicals with the products to be converted.
Das vorgenannte Dokument schlägt vor, eine Wirbelströmung der eingesprühten Kohlenwasserstoffe um den elektrischen Bogen herum zu realisieren, in der Nachbarschaft der Anode (d. h. in dem Gebiet des elektrischen Bogens, das am reichsten an freien Radikalen ist).The above-mentioned document proposes to create a vortex flow of the injected hydrocarbons around the electric arc, in the vicinity of the anode (i.e. in the area of the electric arc that is richest in free radicals).
Die Injektion der Kohlenwasserstoffe wird dort bevorzugt tangential oder schräg im Gegenstrom zum Strahl des Bogens durchgeführt, oder spiralig den Bogen umschließend und am Fuß der Anode auftreffend.The injection of the hydrocarbons is preferably carried out tangentially or obliquely in countercurrent to the jet of the arc, or spirally enclosing the arc and hitting the base of the anode.
Dieser Strömungsmodus, dazu bestimmt, die Mischung der freien Radikale mit den umzuwandelnden Produkten zu verbessern, beschränkt jedoch die Austauschzone auf den Bereich, wo das Plasma des Bogens durch die um die Säule des Bogens eingesprühten Kohlenwasserstoffe eingesperrt ist.This flow mode, designed to improve the mixing of free radicals with the products to be transformed, however, limits the exchange zone to the area where the arc plasma is confined by the hydrocarbons sprayed around the arc column.
Der turbulente Charakter der Strömung und die Wechselwirkung der verschiedenen Gasströme machen weiterhin die Beherrschung der Parameter der Reaktion schwierig.The turbulent nature of the flow and the interaction of the different gas streams make it difficult to control the reaction parameters.
Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu beheben, indem ein Verfahren und eine Einrichtung vorgeschlagen werden, welche eine große Austauschfläche zwischen den Kohlenwasserstoffen und den freien Radikalen zur Verfügung stellen, was es erlaubt:One of the aims of the present invention is to overcome these difficulties by proposing a process and a device that provide a large exchange surface between the hydrocarbons and the free radicals, allowing:
- eine schnelle und innige Mischung der beiden Reaktionsphasen zu gewährleisten, mit der Folge einer sehr kurzen Reaktionszeit, und- to ensure a rapid and intimate mixing of the two reaction phases, resulting in a very short reaction time, and
- einen erhöhten Anteil freier Radikale während der gesamten Dauer der Crack- und Hydrierungsreaktion aufrechtzuerhalten.- maintain an elevated level of free radicals throughout the duration of the cracking and hydrogenation reaction.
Dazu schlägt das Verfahren der vorliegenden Erfindung vor, die hydrierende Pyrolyse der Kohlenwasserstoffe durch die folgenden Stufen zu realisieren:To this end, the process of the present invention proposes to carry out the hydrogenating pyrolysis of hydrocarbons through the following steps:
- Erzeugung und Ausstoß eines Plasmastrahles unter Druck, hergestellt auf Basis eines Plasmidgases, Erzeuger von freien Radikalen H ,- Generation and ejection of a plasma jet under pressure, produced on the basis of a plasmid gas, generator of free radicals H ,
- Injektion, in den so erzeugten Plasmastrahl, eines Erzeugergases für freie Radikale, insbesondere für Radikale H , CH , CH und CH ,- Injection into the plasma jet thus generated of a generator gas for free radicals, in particular for radicals H , CH , CH and CH ,
- Injektion, in den resultierenden Gasstrom von Hydrieren zu pyrolisierenden Kohlenwasserstoffen, um sie mit dem Erzeugergas für freie Radikale reagieren zu lassen,- Injection into the resulting gas stream from hydrogenation of pyrolyzing hydrocarbons to react with the free radical generator gas,
- Rückgewinnung der so erhaltenen Produkte der hydrierenden Pyrolyse.- Recovery of the products thus obtained from hydrogenating pyrolysis.
Das Erzeugergas für freie Radikale wird radial in den Plasmastrahl eingesprüht.The free radical generator gas is sprayed radially into the plasma jet.
Der Gasstrom ist im Injektionspunkt der Kohlenwasserstoffe wirbelfrei, und er wird vor der Injektion der Kohlenwasserstoffe beschleunigt.The gas flow is vortex-free at the injection point of the hydrocarbons and it is accelerated before the injection of the hydrocarbons.
Tatsächlich ist festgestellt worden, daß die Erzeugung einer Spirale in der Strömung (wie es die vorgenannte FR-A-2 542 004 vorsehen würde, jedoch in einer anderen Konfiguration) wegen der Injektion des Erzeugergases für freie Radikale in den Plasmastrahl unterhalb des Brenners den Plasmastrahl auf die Achse beschränken würde, wodurch somit seine Inhomogenität vergrößert wird; diese Inhomogenität kommt durch eine sehr mittelmäßige Zerstäubung der Charge zum Ausdruck, die in großen Tropfen entlang der Wand der Einrichtung vor dem Injektionspunkt strömt.Indeed, it has been found that the creation of a spiral in the flow (as would be provided for in the above-mentioned FR-A-2 542 004, but in a different configuration) due to the injection of the free radical generator gas into the plasma jet below the torch would restrict the plasma jet to its axis, thus increasing its inhomogeneity; this inhomogeneity is expressed by a very mediocre atomisation of the charge, which flows in large drops along the wall of the device in front of the injection point.
Im Gegensatz dazu erzeugt die radiale Injektion des Erzeugergases für freie Radikale keine Spirale und erlaubt eine sehr feine Zerstäubung der Charge, was eine sehr überlegene Mischung Plasma/Kohlenwasserstoffe gewährleistet.In contrast, the radial injection of the free radical generator gas does not create a spiral and allows a very fine atomization of the charge, ensuring a very superior plasma/hydrocarbon mixture.
Die Erfindung betrifft gleichermaßen eine Einrichtung für die hydrierende Pyrolyse mit:The invention also relates to a device for hydrogenating pyrolysis comprising:
- einem Plasmabrenner zum Erzeugen und Ausstoßen eines Plasmastrahles unter Druck auf Basis eines Plasmidgases.- a plasma torch for generating and ejecting a plasma jet under pressure based on a plasmid gas.
- einer Zwischenstufe mit Mitteln zum Injizieren, peripher und radial durch eine Vielzahl von Öffnungen, in diesen Plasmastrahl, eines Erzeugergases für freie Radikale, insbesondere für Radikale H , CH , CH und CH ,- an intermediate stage with means for injecting, peripherally and radially through a plurality of openings, into this plasma jet, a generator gas for free radicals, in particular for radicals H , CH , CH and CH ,
- Mitteln zum Injizieren, in den sich niederdruckseitig ergebenden Gasstrom, der hydrierend zu pyrolisierenden Kohlenwasserstoffe,- means for injecting the hydrocarbons to be pyrolyzed by hydrogenation into the gas stream resulting from the low pressure side,
- Mitteln zum Rückgewinnen, stromabwärts, der Produkte der hydrierenden Pyrolyse.- Means for recovering, downstream, the products of hydropyrolysis.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist stromabwärts der Zwischenstufe ein in der Achse des Plasmastrahles ausgerichteter Diffusor vorgesehen, wobei die Injektion der Kohlenwasserstoffe auf der Höhe dieses Diffusors bewirkt wird.In a preferred embodiment, downstream of the intermediate stage, a diffuser aligned with the axis of the plasma jet is provided, the injection of the hydrocarbons being effected at the level of this diffuser.
Dieser Diffusor ermöglicht es, die Gesamtheit der weiter oben genannten Vorteile zu erhalten, indem er eine ausgezeichnete Mischung der beiden reaktiven Phasen und ein Abkühlen der Strömung gewährleistet, was eine Verlangsamung der Rekombinationsreaktionen der freien Radikale bewirkt.This diffuser makes it possible to obtain all the advantages mentioned above by ensuring excellent mixing of the two reactive phases and cooling of the flow, which causes a slowing down of the recombination reactions of the free radicals.
Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der hiernach folgenden detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung deutlich, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:Other characteristics and advantages of the invention will become apparent upon reading the following detailed description of an embodiment of the invention, with reference to the accompanying drawings in which:
- Figur 1 eine schematische Darstellung einer Konversionseinheit ist, die die Einrichtung für die hydrierende Pyrolyse der vorliegenden Erfindung umfaßt,- Figure 1 is a schematic representation of a conversion unit comprising the hydropyrolysis device of the present invention,
- Figur 2 eine Teilansicht ist, die den Aufbau dieser Einrichtung zeigt,- Figure 2 is a partial view showing the structure of this device,
- Figur 3 eine Schnittansicht des Injektionsbereiches der Kohlenwasserstoffe und des Reaktionsbereiches der Einrichtung der Figur 2 ist,- Figure 3 is a sectional view of the injection area of the hydrocarbons and the reaction area of the device of Figure 2 ,
- Figuren 4 und 5 Grundrisse sind, jeweils im Schnitt entlang der Linien IV-IV und V-V aus Figur 3. Sie zeigen Einzelheiten, die in der Figur 3 nicht erscheinen.- Figures 4 and 5 are floor plans, each in section along the lines IV-IV and V-V of Figure 3. They show details that do not appear in Figure 3.
In der Figur 1 hat man schematisch eine Konversionseinheit dargestellt, die die Einrichtung der vorliegenden Erfindung benutzt.Figure 1 shows a schematic representation of a conversion unit using the device of the present invention.
Diese Konversionseinheit weist einen Plasmabrenner 100 auf, der vom klassischen Typ des Brenners für Plasmaspritzen ist. Wie man es im Detail in der Figur 2 sehen kann, welche den unteren Teil dieses Brenners zeigt, umfaßt dieser eine Kathode 101 vom Typ der Heißkathode aus thoriumlegierten Wolfram, angeordnet in der Achse einer Düsenanode 102, welche einen axialen Kanal 103 aufweist, aus dem der Plasmastrahl ausgestoßen wird, bei einer Temperatur zwischen 2000 und 3500 K, beispielsweise in der Größenordnung von 3250 K.This conversion unit comprises a plasma torch 100 of the classic type of torch for plasma spraying. As can be seen in detail in Figure 2, which shows the lower part of this torch, it comprises a cathode 101 of the hot cathode type made of thorium-alloyed tungsten, arranged on the axis of a nozzle anode 102 having an axial channel 103 from which the plasma jet is expelled at a temperature of between 2000 and 3500 K, for example of the order of 3250 K.
Ein Kühlmantel 104 erlaubt es, die Temperatur der Anode auf eine solche Weise zu begrenzen, daß es ermöglicht ist, diese auf ihrer optimalen Arbeitstemperatur zu halten.A cooling jacket 104 allows the temperature of the anode to be limited in such a way that it is possible to keep it at its optimum working temperature.
Der Brenner 100 wird mit Plasmidgas gespeist (Figur 1), über eine Leitung 110, die mit Wasserstoff- und Argon-Behältern 120 über eine Anzahl von Ventilen V und Aufnehmern für den Durchsatz D, den Druck P und die Temperatur T verbunden ist. Gemäß der Steuerung der Ventile V arbeitet der Plasmabrenner kontinuierlich ebenso mit einer Argon-Wasserstoff-Mischung (beispielsweise mit ungefähr 10% Argon) wie mit reinem Wasserstoff.The torch 100 is fed with plasmid gas (Figure 1) via a line 110 connected to hydrogen and argon containers 120 via a number of valves V and sensors for the flow rate D, the pressure P and the temperature T. According to the control of the valves V, the plasma torch operates continuously with an argon-hydrogen mixture (for example with about 10% argon) as well as with pure hydrogen.
Schließlich ermöglicht es ein Dauerstromerzeuger 130, an den Brenner 100 die gewünschten Spannungen und Intensitäten zu liefern, beispielsweise in einem Bereich von 300 V/400A bis 1200 V/100A, wobei die Ausgangsspannung beispielsweise durch phasengesteuerte Halbleiter eingestellt wird.Finally, a continuous current generator 130 makes it possible to supply the desired voltages and intensities to the burner 100, for example in a range from 300 V/400A to 1200 V/100A, the output voltage being adjusted, for example, by phase-controlled semiconductors.
Die Einrichtung umfaßt dann eine Zwischenstufe 200 für das Einspritzen von Erzeugergas für freie Radikale. Diese Stufe 200, die genauer im folgenden durch Bezug auf die Figuren 2 bis 5 beschrieben werden wird, erlaubt es, in den Ausgang der Anode ein Gas einzusprühen, das entweder Wasserstoff oder natürliches Gas sein kann (im wesentlichen Methan), was es erlaubt, das durch den Brenner in dieser Zwischenstufe ausgestoßene Plasma an freien Radikalen wie H oder CH (und gegebenenfalls CH oder CH ) anzureichern. Der Wasserstoff und das Methan werden an die Zwischenstufe 200 über eine Leitung 210 geliefert, die mit Behältern 220 über Ventile V und Mittel zum Messen des Durchlasses D, des Druckes P und der Temperatur T der eingesprühten Gase verbunden ist.The device then comprises an intermediate stage 200 for injecting free radical generator gas. This stage 200, which will be described in more detail below with reference to Figures 2 to 5, allows a gas to be injected into the outlet of the anode, which can be either hydrogen or natural gas (essentially methane), which allows the plasma emitted by the burner in this intermediate stage to be enriched in free radicals such as H or CH (and optionally CH or CH ). The hydrogen and methane are supplied to the intermediate stage 200 via a line 210 connected to containers 220 via valves V and means for Measuring the passage D, the pressure P and the temperature T of the injected gases.
Stromabwärts dieser Zwischenstufe ist eine Injektionsstufe 300 für die zu crackende Charge vorgesehen, wobei diese Injektion auf der Höhe der Verengung eines Diffusors stattfindet, gleichermaßen im folgenden beschrieben mit Bezug auf die Figuren 2 bis 5, der die Funktion hat, die Strömung zu beschleunigen und zu verhindern, daß sie im Injektionspunkt verwirbelt.Downstream of this intermediate stage, an injection stage 300 is provided for the charge to be cracked, this injection taking place at the level of the throat of a diffuser, also described below with reference to Figures 2 to 5, which has the function of accelerating the flow and preventing it from swirling at the injection point.
Die hydrierend zu pyrolisierende Charge wird dieser Stufe 300 durch eine Leitung 350 zugeleitet, die mit dem Behälter 360 verbunden ist, welcher die Charge enthält, in flüssiger Form; der Behälter 360 wird gegebenenfalls auf eine Temperatur leicht unterhalb der Siede- oder Zersetzungstemperatur der Charge durch ein Heizband 361 auf eine solche Weise vorgeheizt, daß alle Bestandteile der Charge in flüssiger Form vorliegen (selbst diejenigen, die sich bei einer Temperatur benachbart der Umgebungstemperatur verfestigen könnten) und eine Viskosität haben, die genügend gering ist, um ihre Vernebelung im Moment der Injektion zu erlauben.The charge to be hydropyrolyzed is fed to this stage 300 through a line 350 connected to the tank 360 containing the charge in liquid form; the tank 360 is optionally preheated to a temperature slightly below the boiling or decomposition temperature of the charge by a heating band 361 in such a way that all the constituents of the charge are in liquid form (even those which could solidify at a temperature close to the ambient temperature) and have a viscosity sufficiently low to allow them to be nebulized at the time of injection.
Dann wird der Behälter 360 unter Druck gesetzt, beispielsweise durch ein Gas 362, wie ein natürliches Gas oder Methan, um zu ermöglichen, daß die Charge in die Stufe 300 unter Druck eingesprüht wird.Then, the container 360 is pressurized, for example by a gas 362 such as a natural gas or methane, to enable the charge to be sprayed into the stage 300 under pressure.
Im übrigen, neben dieser Druckbeaufschlagung der Kohlenwasserstoffe, die einzusprühen sind, erzeugt die Injektion der Charge an der Stelle der Verengung des Diffusors ein Ansaugen von Flüssigkeit, was wegen des an dieser Stelle durch die Strömung des Plasmas realisierten Unterdruckes eine sehr wirkungsvolle Injektion erlaubt.Furthermore, in addition to this pressurization of the hydrocarbons to be injected, the injection of the charge at the point of constriction of the diffuser creates a suction of liquid, which allows a very effective injection due to the negative pressure created at this point by the flow of the plasma.
Stromabwärts der Stufe 300 reagieren die vermischten Bestandteile beim Ausgang des Diffusors in einer Stufe 400, die genau gesagt einen Reaktor bildet, wobei die flüssigen und gasförmigen Reaktionsprodukte gesammelt, getrennt und analysiert werden, durch Elemente 500 vom klassischen Typ, die nicht im Detail beschrieben werden. Ein Fühler 410 ermöglicht weiterhin das Abnehmen einer Probe und das Messen ihrer Temperatur im Kern selbst des Reaktors 400.Downstream of stage 300, the mixed components react at the outlet of the diffuser in a stage 400 which, more precisely, constitutes a reactor, the liquid and gaseous reaction products being collected, separated and analyzed by elements 500 of the conventional type which are not described in detail. A sensor 410 also allows a sample to be taken and its temperature to be measured in the core of the reactor 400 itself.
Es werden jetzt genauer mit Bezug auf die Figuren 2 bis 5 die kennzeichnenden Elemente der vorliegenden Erfindung beschrieben.The characteristic elements of the present invention will now be described in more detail with reference to Figures 2 to 5.
Am Ausgang des Brenners 100 wird der Plasmastrahl in eine Mischkammer 230 gespritzt, der weiterhin mit Erzeugergas für freie Radikale durch eine Anzahl von Öffnungen 240, bevorzugt radiale, gespeist wird, die mit der Zuleitung 210 für Gas (im allgemeinen Wasserstoff oder eine Mischung aus Wasserstoff und Methan) verbunden sind.At the outlet of the torch 100, the plasma jet is injected into a mixing chamber 230 which is further fed with free radical generator gas through a number of openings 240, preferably radial ones, connected to the gas supply line 210 (generally hydrogen or a mixture of hydrogen and methane).
Man kann beispielsweise sechs Injektionsöffnungen mit einem Durchmesser von 1,5 mm für einen Durchsatz von Gas in der Größenordnung von 40 Nl/mn vorsehen.For example, six injection holes with a diameter of 1.5 mm can be provided for a gas flow rate of the order of 40 Nl/mn.
Wie weiter oben angegeben, ist es wichtig, daß die Injektion in den Plasmastrahl radial erfolgt, um die Erzeugung von Spiralen zu vermeiden.As stated above, it is important that the injection into the plasma jet is radial to avoid the generation of spirals.
Die Injektion von kaltem Gas (mit einer Temperatur benachbart der Umgebungstemperatur) hat zur Folge, daß die Temperatur des Plasmastrahles am Ausgang der Anode (wo die Temperatur der Mischung Argon-Wasserstoff oder des reinen Wasserstoffes zwischen 2000 und 3500 K liegt, beispielsweise in der Größenordnung von ungefähr 3250 K, wie weiter oben angegeben) auf eine Temperatur abgesenkt wird, die im unteren Teil der Kammer 230 unterhalb von ungefähr 2800 K bleibt.The injection of cold gas (at a temperature close to the ambient temperature) has the effect of reducing the temperature of the plasma jet at the outlet of the anode (where the temperature of the argon-hydrogen mixture or of pure hydrogen is between 2000 and 3500 K, for example of the order of about 3250 K as indicated above) to a temperature which remains below about 2800 K in the lower part of the chamber 230.
Um diesen erhöhten Temperaturwerten zu widerstehen, kann der Zylinder 250, der die Wand der Mischkammer bildet, aus einem äußeren Teil 251 aus Kupfer gebildet sein, versehen mit einer Hülse 252, aus einem Material gebildet, das den Wärmeübertrag auf das Teil aus Kupfer begrenzt, beispielsweise eine Hülse aus Bornitrid von 5 mm Dicke.In order to withstand these high temperatures, the cylinder 250 forming the wall of the mixing chamber can be formed from an external part 251 made of copper provided with a sleeve 252 made of a material that limits the heat transfer to the copper part, for example a sleeve made of boron nitride 5 mm thick.
Die Injektionsstufe 300 für die flüssige Charge umfaßt im wesentlichen einen Diffusor 310, 320, der eine Verengung 330 bildet, in deren Höhe die flüssige Charge eingesprüht wird.The injection stage 300 for the liquid charge essentially comprises a diffuser 310, 320 which forms a constriction 330 at the height of which the liquid charge is sprayed.
Um eine Zerstäubung zu realisieren, die so fein wie möglich ist, sprüht man die Charge bevorzugt durch eine Vielzahl von Öffnungen 340 ein (beispielsweise drei an der Zahl, um 120º winkelmäßig beabstandet), mit einer radialen Orientierung und senkrecht zu der Düsenachse.In order to achieve the finest possible atomization, the charge is preferably sprayed through a plurality of orifices 340 (for example three in number, angularly spaced at 120º), with a radial orientation and perpendicular to the nozzle axis.
Die Homogenität der Injektion der Charge durch diese Öffnungen wird durch einen Verteiler erhalten, der zwischen den Injektionsöffnungen und der Zuleitung der flüssigen Phase angeordnet ist.The homogeneity of the injection of the charge through these openings is maintained by a distributor placed between the injection openings and the liquid phase feed line.
Die Löcher haben beispielsweise einen Durchmesser von 1,5 mm für einen Düsendurchmesser an der Stelle des Halses von 3 mm und einen Winkel an der Spitze des Mischrohres von 16º. Das Teil, das den Diffusor bildet, kann aus Kupfer hergestellt sein, oder aus nicht oxidierbarem Stahl, um eine weiter erhöhte Wandtemperatur zu haben.For example, the holes have a diameter of 1.5 mm for a nozzle diameter at the neck of 3 mm and an angle at the tip of the mixing tube of 16º. The part that forms the diffuser can be made of copper, or of non-oxidizable steel to have a further increased wall temperature.
Im übrigen erlaubt es eine Bohrung 370, ein Thermoelement einzuführen, das es erlaubt, näherungsweise die Temperatur in der Umgebung der Wand auf der Höhe der Verengung zu messen.Furthermore, a hole 370 allows the introduction of a thermocouple which allows the temperature in the vicinity of the wall at the level of the constriction to be measured approximately.
Der auf der Höhe der Verengung des Diffusors realisierte Unterdruck und das daraus resultierende Ansaugen der Charge erlauben es, die eingesprühte Charge sehr fein zu zerteilen und zu vernebeln (was korreliert die Austauschfläche erhöht), wobei die Form des Diffusors eine innige Mischung der Kohlenwasserstoffe mitten im an freien Radikalen reichen Plasma begünstigt.The negative pressure created at the level of the diffuser constriction and the resulting suction of the charge allow the sprayed charge to be very finely divided and nebulized (which correlates with an increase in the exchange surface), the shape of the diffuser favouring an intimate mixing of the hydrocarbons in the middle of the plasma rich in free radicals.
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