[发明专利]电气放电处理粒料用的反应器和方法

说明书

本发明总的说来涉及物料通过与等离子体相互反应进行的处理，更具体地说，涉及通过间歇放电进行这种处理用的一种反应器和方法。

从等离子体获得的能量，其能级较高，在多种粒料的处理中具有一定的利用价值，这是大家所公认的。一般产生等离子体的周知方法是将电流转换成这种或那种的高温流体，借助于这些高温流体的高温和高热函与原料相互反应以提高反应速度，使反应速度比低温下的反应速度还高。传统上产生低温等离子体的方法，例如等离子体枪（等离子体发生器），其本身大多数都是尚未证实可以在工业上处理成吨的大量粒料的。

1982年11月30日颁发给本发明人之一的Jozef  K.  Tylko的美国专利4，361，441论述了用低温等离子体处理粒料所遇到的困难，这里也把该专利包括进来，以供参考。这里所包括的该专利，其中所述的“低温等离子体”一词是指离子温度低于100，000°K的任何等离子体。此外，本说明书中所使用的“粒料”一词包括固体粒料和流体（气体或液体）以及它们的组合物或混合物。

如上述专利所述的那样，低温等离子体技术在工业上的应用已沿着两条不同的路线发展。第一条路线（不利用电弧放电的容积来载送原料）主要是利用电弧在阳极上的撞击点，在这方面与电弧炉很相似。第二条路线与本发明更密切相关，其目的是在所产生的等离子体的整个体积中，在处理“进行的过程中”处理粒料。为达到此目的，须要将等离子体扩展开来，这就要扩大其原有的体积。这是本共同发明人之一的Jozef  K.  Tylko研究出来的。

上述专利中论述了扩展等离子体的两种截然不同的方法。应该指出的是，这两种方法都要扩大等离子体的体积，同时保持已扩大了的等离子体的体积。这些方法与理解本发明内容关系更密切的资料起初是在英国专利1，390，351-3中公开的。该方法是以等离子体枪作为阴极令其沿着圆形轨道且与垂直线成一个小角度地作圆周运动，将电弧投射到下游的一个环形电极上。由于电弧放电是在圆周运动的过程中进行的，因而形成了一个截头锥形的等离子体区。这种方法过去作为研究多种反应的试验室等离子体炉发挥过很好的作用。然而，由于等离子体枪需要作圆周运动因而在机械上有一定的局限性，大大限制了这种方法在工业上的应用。

上述专利的方法谈到了上述等离子体枪回转技术的种种局限性。这种工艺的电弧放电是在静止的电极构件之间产生的，至少其中一个构件呈环形。如该专利所述的那样，系统的基本要求是在各电极构件之间的反应区中产生并维持扩展了的等离子体。上述专利早期的工艺还须要使用等离子体发生器，后来的工艺采用简单的电极构件作为中心阴极，阳极仍然采用由许多阳极环节构成的环形构件。Steven  Anthony  Vrchota在1991年4月为部分满足考取明尼苏达大学理科硕士应达到的要求而撰写的题为“应用持续震激波反应器回收电弧炉炉尘中的金属”的论文中论述了这种系统。

上述专利的方法可以提高待处理物料的加料量，同时利用这类等离子体中起码某些物料显然反常的性能。结论是，等离子体区中存在密集的粒料悬浮体时增加了能促使等离子体与固体之间快速相互反应的有效的能通量密度。值得注意的是，这些相互反应不一定非要纯粹的热力反应不可，而上述专利的方法确实利用了非热力（异常）现象。

上面说过，现有技术这些方法的难点在于维持形成等离子体的电弧放电。通常，随着引入扩展等离子体中的物料量的增加，熄弧的可能性也增加。熄弧使处理过程停下来，还伴随着种种问题。上述专利解决这个难题的方法是在放电环绕环形电极构件（阳极）周边进行的同时，利用在阴极与阳极构件之间迅速波动的电位差。然而，在工业上极其重要的原料加料过程中维持等离子体的存在仍然是个问题。须要制定最低能量的调度方式，而且加料量大仍然是个问题，其中并不是所有的粒料都能处理到。

总之，上述专利的方法通过借助于非机械装置使电弧回转，解决了现有技术中机械方面的局限性，从而使“回转”速度远大于机械装置所可能达到的水平。此外，通过所加电能的快速变化使电弧产生脉动创造了在提高维持电弧放电能力的同时，利用能增强等离子体对处理中物料的作用的非热力现象的条件。然而，显然须要维持电弧放电转绕环形电极构件作圆周运动，大大限制了该方法在工业上的应用。此外，加料量仍然是个问题。在操作的过程中要制定最低能量的调度方式。结果，粒料不能均匀得到处理。