Устройство для конверсии углеводородного топлива в неравновесной плазме газового разряда при атмосферном давлении

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА В НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЕ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Архипенко Валерий Иванович Симончик Леонид Васильевич Згировский Сергей Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для конверсии углеводородного топлива в неравновесной плазме газового разряда при атмосферном давлении, содержащее разрядную камеру с секциямии , три электрода, два источника питания постоянного тока, систему подачи газа, систему подачи реакционной смеси, систему отвода продуктов конверсии секции выполнены разделенными средним электродом с центральным отверстием порядка 2 мм электроды секций выполнены разноудаленными от среднего электрода и подключены к источникам питания, при этом минус первого источника питания соединен через первый балластный резистор с электродом секции , а плюс второго источника питания - через второй балластный резистор с электродом секции , плюс первого источника питания соединен с минусом второго источника питания и со средним электродом, отличающееся тем, что в секциивнутренним диэлектрическим стаканом, установленным на электроде, образована секция, в которой выполнено отверстие для отвода продуктов конверсии дополнительно содержит третий источник питания, минус которого соединен через третий балластный резистор и диод с электродом секции , а плюс - со средним электродом.(56) 1. Ассад М.С., Пенязьков О.Г., Особенности работы двигателя внутреннего сгорания на водородосодержащих топливах // ИФЖ. - 2010. - Том 83. -4. - С. 814-820. 2. Жданок С.А., Крауклис А.В., Самцов П.П., Суворов А.В. Влияние энерговкладов в высоковольтный разряд атмосферного давления на эффективность конверсии этанола // ИФЖ. - Том 79. -6. - 2006. - С. 3-6. 3.14068, 2011, 1. Полезная модель относится к области химической технологии плазменного катализа, в частности к конверсии углеводородов в электрическом разряде, и может найти применение при создании компактных и эффективных технологических устройств плазменной конверсии углеводородного сырья жидкого или газообразного в синтез-газ (смесь водорода с окисью углерода). Использование углеводородов, например чистого этанола, в качестве топлива затруднено из-за низкой скорости распространения волны горения. Чтобы увеличить скорость распространения волны горения углеводородного топлива, необходимо обогатить его синтез газом, который можно получить конверсией этанола посредством неравновесной плазмы газового разряда 1. Устройство конверсии углеводородного топлива реализуется в 2. Конверсия этанола происходила в установке, которая состоит из плазмохимического реактора, выполненного в виде кварцевой трубки, где помещали анод диаметром 5 мм и катод в виде трубки с диаметром канала 7 мм. Расстояние между анодом и катодом варьировалось в диапазоне 0-5 мм. Системы подачи реагентов и отвода продуктов конверсии. Плазма создавалась высоковольтным источником напряжения 1,5 кВ, сила тока изменялась в диапазоне 0,1-0,5 А. Недостатком данного устройства является малый объем плазмы, который участвует в плазмохимическом процессе. Наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в 3. Устройство содержит двухсекционную разрядную камеру, три электрода, два источника питания постоянного тока, систему подачи и отвода газа. Секции выполнены разделенными средним электродом с центральным отверстием порядка 2 мм. Электроды секции выполнены с возможностью взаимного сведения до касания и разведения, а также разноудалены от среднего электрода и подключены к источникам питания. При этом минус первого источника питания соединен через первый балластный резистор с электродом первой секции, а плюс второго источника питания - через второй балластный резистор с электродом второй секции вторая секция выполнена с отверстием для подачи молекулярного газа. Недостатками устройства являются сложность конструкции электродного узла и необходимость проводить операцию по сведению и разведению на определенное расстояние электродов, что сказывается на поддержании оптимального режима работы, снижает производительность. Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности и увеличение производительности устройства. Устройство для конверсии углеводородного топлива в неравновесной плазме газового разряда при атмосферном давлении, содержащее разрядную камеру с секциямии , три электрода, два источника питания постоянного тока, систему подачи газа, систему подачи реакционной смеси, систему отвода продуктов конверсии секции выполнены разделенными средним электродом с центральным отверстием порядка 2 мм электроды секций выполнены разноудаленными от среднего электрода и подключены к источникам питания, при этом минус первого источника питания соединен через первый балластный резистор с электродом секции , а плюс второго источника питания - через второй балластный 2 84242012.08.30 резистор с электродом секции , плюс первого источника питания соединен с минусом второго источника питания и со средним электродом, в секциивнутренним диэлектрическим стаканом, установленным на электроде, образована секция , в которой выполнено отверстие для отвода продуктов конверсии, дополнительно установлен третий источник питания, минус которого соединен через третий балластный резистор и диод с электродом секции , а плюс - со средним электродом, при этом электроды установлены стационарно. Общий вид предлагаемого устройства схематично представлен на фигуре, где 1 - разрядная камера 2 - электрод 3 - средний электрод 4 - электрод 5 - внутренний диэлектрический стакан 1 - первый балластный резистор 2 - второй балластный резистор 3 - третий балластный резистор 1 - первый источник питания 2 - второй источник питания 3 - третий источник питания- диод. Разрядная камера 1 образована двумя цилиндрическими диэлектрическими стаканами(позиция не указана), которые создают секциии . В секциивнутренним диэлектрическим стаканом 5, установленным на электроде 4, образована секция . Сверху и снизу стаканы закрыты диэлектрическими крышками, в которых закреплены электроды 2, 3 и 4. Электрод 2 изготовлен из вольфрама и имеет диаметр 6 мм, а его рабочая поверхность,обращенная к среднему электроду 3, слабо закруглена, он установлен стационарно на расстоянии 2 мм от электрода 3. Электрод 3 изготовлен из медной пластины и имеет отверстие порядка 2 мм в центре напротив электрода 2. Электрод 3 отделяет секциюот секцийи . Третий плоский электрод 4 диаметром 3 см изготовлен из меди и расположен на расстоянии до 15-20 мм от среднего электрода 3 в секцияхи . Секцияпредназначена для испарения жидкого топлива и нагрева газа, находящегося в реакционной смеси, при попадании на нагретый электрод 4. Система подачи газа (позиция не указана) состоит из баллона, редукторов и трактов, по которым газ поступает в разрядную камеру 1 в секции , ,- азот или воздух. Система подачи реакционной смеси (позиция не указана) состоит из баллона, редуктора, дозатора топлива и тракта, по которому реакционная смесь (смесь топлива с азотом или воздухом) поступает в секциии . Система отвода продуктов конверсии (позиция не указана) из секциисостоит из тракта для отвода и емкости. Система питания имеет три источника постоянного тока. Первый источник питания 1 постоянного тока напряжением 500 В (сила тока до 200 мА, балластный резистор 1 порядка 2 кОм) служит для зажигания в секциисамостоятельного тлеющего разряда между электродами 2 и 3. Минус источника питания 1 соединен через балластный резистор 1 с электродом 2. Плюс источника питания 1 соединен с электродом 3. Второй источник питания 2 постоянного тока напряжением 3 кВ (сила тока 100 мА, балластный резистор 2 порядка 30 кОм) служит для получения основного объемного несамостоятельного разряда в секции . Плюс источника питания 2 соединен через балластный резистор 2 с электродом 4. Минус источника питания 2 соединен с электродом 3. Минус третьего источника питания 3 постоянного тока через третий балластный резистор 3 и диодсоединен с электродом 2, а плюс - со средним электродом 3 и соответственно с плюсом первого источника питания 1 и минусом второго источника питания 2. 84242012.08.30 Устройство для конверсии углеводородного топлива работает следующим образом 1. Открывают вентили баллона и с помощью редуктора и расходомера устанавливают расход газа порядка 0,5 литра в минуту, при этом газ поступает в секции , , . 2. Включают источник питания 3. Устанавливают напряжение, равное пробойному,которое зависит от расстояния между электродами 2 и 3 и газа. 3. Включают источник питания 2. Повышая напряжение источника 2, зажигают разряд в секциии устанавливают необходимый ток до 0,15 А. 4. Регулируя поток газа через отверстие в электроде 3, добиваются максимального объемного свечения разряда в секции . 5. Подают смесь этанола с азотом в секцию . Этанол из жидкого состояния переходит в газообразное состояние и вместе с нагретым азотом попадает в секциюс плазмой. 6. В плазме секциипроисходит конверсия паров этанола в синтез-газ. 7. Синтез-газ из секциипо тракту отвода собирают в емкость. Таким образом, предлагаемое техническое решение дает возможность, за счет использования третьего источника питания, устранить операции с электродами секции , упростить конструкцию устройства, повысить надежность работы устройства и увеличить производительность. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4