Właściwości reaktora z „plazmą wodną”

1. Reaktor plazmowy zbudowany z naczynia reaktora plazmowego (1) pokrytego izolacją termiczną (2) przykryty kopułą reaktora plazmowego (3) posadowiony na misce dennej reaktora plazmowego (4) charakteryzuje się tym, że w reaktorze plazmowym zastosowano plazmotrony wodne (5). 

2. W reaktorze plazmowym wodnym (5) można zastosować wiele plazmotronów w liczbie 1 do n.

3. W reaktorze plazmowym plazmotrony wodne (5) umieszcza są w misce dennej (4) reaktora plazmowego, a więc dokładnie tam, gdzie wprowadza się odpady.

4. Reaktor plazmowy wyróżnia się tym, że osie plazmotronów wodnych (5) są tak usytuowane względem siebie i względem dna miski dennej (4) reaktora plazmowego, że strumienie plazmy (6) tworzą dolną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (7), przy czym dolna część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (7) skierowana jest ku dołowi, a po odbiciu się od dna miski dennej (4) reaktora plazmowego kieruje się ku górze tworząc górną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (8).

5. Reaktor plazmowy charakteryzuje się również tym, że zstępujący i wstępujący wirujący spiralnie gaz plazmotwórczy i gaz poreakcyjny (7) i (8) powodują korzystnie długi czas zatrzymania w naczyniu reaktora plazmowego (1) wprowadzane do niego surowce wejściowe (10), dzięki czemu obróbka termiczna wprowadzanych surowców wejściowych (10) następuje w sposób pełny i dokładny.

 6. W reaktorze plazmowym wyróżniające jest to, że surowce wejściowe (10) mocno już ogrzane górną częścią wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (8) trafiając do miski dennej (4) reaktora plazmowego zostają dodatkowo poddane działaniu strumienia plazmy (6) w postaci wysokozjonizowanej pary wodnej na skutek działania jonów wodorowych i wodorotlenowych obecnych w tym strumieniu plazmy (6), przez co zgazowane surowce wejściowe (10) zmieniają korzystnie swój skład chemiczny.

rys 2

(12), czujnik temperatury (13) i czujnik ciśnienia (14), zawór bezpieczeństwa (15) oraz kolektor odlotowy gazów poreakcyjnych (18). Do kolektora odlotowego gazów poreakcyjnych (18) przytwierdzona jest chłodnica gazów poreakcyjnych (19) połączona dalej z wymiennikiem/odbiornikiem ciepła (20).

Surowiec produkcyjny (16), np. odpady, wprowadzone do reaktora plazmowego poprzez urządzenie podawcze surowców wejściowych (9), opada na dno miski dennej (4) skąd już jako gaz poreakcyjny (17) bogaty w parę wodną opuszcza reaktor plazmowy poprzez kolektor odlotowy gazów poreakcyjnych (18). 

Działanie reaktora plazmowego z „plazmą wodną” polega na tym, że wprowadzany do urządzenia podawczego surowców wejściowych (9) poprzez śluzę powietrzną urządzenia podawczego surowców wejściowych (10), surowiec produkcyjny (16), np. odpady, opadają na dno miski dennej (4) reaktora plazmowego i są obmywane przez cały czas opadania górną częścią wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (8).

W ten sposób mocno już ogrzany surowiec produkcyjny (16) trafia do miski dennej (4) reaktora plazmowego, gdzie zostaje on dodatkowo poddany działaniu przez dolną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (7) bogatych w wysokozjonizowaną parę wodną i gdzie na skutek działania jonów wodorowych i wodorotlenowych obecnych w wysokozjonizowanej parze wodnej surowiec produkcyjny (16) zmienia korzystnie swój skład chemiczny. W temperaturze procesu rzędu kilku tysięcy stopni Celsjusza surowiec produkcyjny (16) występuje w postaci gazu poreakcyjnego (17), który wraz z gazem plazmotwórczym tworzy dolną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (7), który dalej unosząc się do góry tworzy górną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (8).

Gaz poreakcyjny (17), bogaty jeszcze w parę wodną, uchodzi do kolektora odlotowego gazów poreakcyjnych (18), poprzez który za pośrednictwem chłodnicy gazów poreakcyjnych (19) zostaje on odprowadzony z wnętrza reaktora plazmowego do zewnętrznego wymiennika/odbiornika ciepła (20).

Zstępujący i wstępujący wirujący spiralnie gaz plazmotwórczy i gaz poreakcyjny (7) i (8) powodują korzystnie długi czas zatrzymania w naczyniu reaktora plazmowego (1) wprowadzane do niego surowce wejściowe (10), dzięki czemu obróbka termiczna wprowadzanych surowców wejściowych (10) następuje w sposób pełny i dokładny.

rys 1

Znane są urządzenia i reaktory plazmowe, w których gazem plazmotwórczym są różne gazy, np. obojętny chemicznie argon, a najczęściej powietrze, przy czym plazma wytworzona jest pod wpływem łuku elektrycznego w gazie plazmotwórczym i jest ona źródłem wysokiej temperatury sięgającej kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu tysięcy stopni Celsjusza.

Źródło wysokiej temperatury urządzeń i reaktorów plazmowych wykorzystuje się do celów technologicznych.

Wysokotemperaturowe procesy technologiczne wymagają jednak na ogół niższej temperatury, niż temperatura plazmy i wtedy wydatek energetyczny poniesiony na wytworzenie tak wysokiej temperatury okazuje się energetycznie zbędny i nieopłacalny.

Urządzenia i reaktory plazmowe, poza zastosowaniami specjalnymi, wykorzystuje się do topienia wysokotopliwych materiałów, w tym metali, do topienia materiałów ceramicznych oraz do zgazowania różnych materiałów, zwłaszcza odpadów.

Wadą znanych reaktorów plazmowych jest to, że wytwarzają punktowe źródło wysokiej temperatury w postaci plazmy, a rozkład temperatury w przestrzeni roboczej reaktorów ustalany jest przy tym samoistnie w sposób zależny od konstrukcji i jakości izolacji termicznej tych reaktorów. Poza tym zwykłe zgazowanie np. odpadów zawsze prowadzi jednak do ich spalania, co jest w tym przypadku zjawiskiem niepożądanym ekologicznie i społecznie.

Wady te nie występują w reaktorze plazmowym, w których gazem plazmotwórczym jest para wodna wytworzona w plazmotronach wodnych zasilanych na wejściu wodą.

Poza tym w takim reaktorze plazmowym stosuje się wiele, w liczbie od 1 do n, plazmotronów wodnych, dzięki czemu rozkład temperatury w reaktorze plazmowym jest korzystnie równomierny. Ponadto rozkład termiczny materii, a zwłaszcza odpadów, prowadzony jest bez użycia powietrza bogatego w tlen, dzięki czemu w tym przypadku nie ma zjawiska spalania. A ponadto jeszcze gaz plazmotwórczy w tym przypadki zawiera jony wodoru i jony wodorotlenowe, które wchodząc w reakcje chemiczne z obrabianym termicznie materiałem zmieniają korzystnie jego naturę chemiczną, co nie występuje w zwykłych reaktorach plazmowych.

W reaktorach z „plazmą wodną” następuje silne uwodornienie wprowadzanej do nich materii odpadowej, co jest procesem odwrotnym do procesu zwykłego spalania.

Reaktor plazmowy do recyklingu materii odpadowej składa się z miski dennej, ponad którą znajduje się naczynie reaktora zamknięte od góry kopułą. Na obwodzie miski dennej znajduje się zespół od 1 do n plazmotronów wodnych generujących w kierunku ku sobie wewnątrz reaktora wysokozjonizowaną parę wodną. Osie plazmotronów wodnych rozłożone są w jednej płaszczyźnie, ale w stosunku do przeciwległego plazmotronu wodnego są one przesunięte równolegle względem siebie tak, że generowane strumienie plazmy niskotemperaturowej nie spotykają się, tylko przebiegają obok siebie w przeciwnych kierunkach tworząc korzystne zawirowanie i wir gazu plazmotwórczego. Ponadto jednocześnie osie plazmotronów wodnych są pochylone w dół w stronę dna miski dennej reaktora plazmowego, dzięki czemu wytworzony wir gazu plazmotwórczego, w tym przypadku wysokozjomizowanej pary wodnej, skierowany jest początkowo w dół tworząc dolną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego, który jednak odbija się od dna miski dennej reaktora i unosząc się termicznie i grawitacyjnie do góry tworzy górną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego.

Górną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego, ruchem opisanym wcześniej, dociera do kopuły reaktora, w której umieszczony jest kolektor odlotowy gazów poreakcyjnych, czujnik temperatury, czujnik ciśnienia, urządzenie podawcze surowców wejściowych ze śluzą powietrzną oraz ewentualnie urządzenie podawcze medium pomocniczego ze śluzą powietrzną.

Do kolektora odlotowego gazów poreakcyjnych przytwierdzona jest chłodnica gazów poreakcyjnych współpracująca z wymiennikiem lub odbiornikiem ciepła.

Reaktor plazmowy w tym przypadku działa w ten sposób, że wprowadzane poprzez śluzę powietrzną do urządzenia podawczego odpady opadają na dno reaktora obmywane przez cały czas opadania wirującą strugą gazu plazmotwórczego. W ten sposób mocno już ogrzane trafiają one do miski dennej reaktora, gdzie zostają dodatkowo poddane działaniu plazmy w postaci wysokozjonizowanej pary wodnej i gdzie na skutek działania jonów wodorowych i wodorotlenowych obecnych w tej plazmie zmieniają korzystnie swój skład chemiczny i gdzie przekształcają się w gaz poreakcyjny. Ten gaz poreakcyjny razem z gazem plazmotwórczym tworzy dolną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego, który dalej unosząc się do góry tworzy górną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego.

Zstępujący i wstępujący wirujący spiralnie gaz plazmotwórczy i gaz poreakcyjny powodują korzystnie długi czas zatrzymania w naczyniu reaktora plazmowego wprowadzane do niego surowce wejściowe, dzięki czemu obróbka termiczna wprowadzanych surowców wejściowych  następuje w sposób pełny i dokładny.

Gaz poreakcyjny, bogaty jeszcze w parę wodną, uchodzi do kolektora odlotowego gazów poreakcyjnych, poprze który zostaje odprowadzony z wnętrza reaktora na zewnątrz do wymiennika/odbiornika ciepła.

Proces jest procesem beztlenowym i nie jest spalaniem w sensie ustawy o odpadach.

Reaktor plazmowy przeznaczony jest przede wszystkim do utylizacji odpadów trudnych i niebezpiecznych.

Przykład budowy i działania reaktora plazmowego z „plazmą wodną” jest uwidocznione na rysunkach, na którym rys. 1 przedstawia przekrój poprzeczny wzdłużny reaktora plazmowego, a rys.2 – widok z góry miski dennej reaktora plazmowego.

Reaktor plazmowy ma naczynie reaktora plazmowego (1) pokryte izolacją termiczną (2) przykryte kopułą reaktora plazmowego (3) posadowione na misce dennej reaktora plazmowego (4).

Poobwodowo w misce dennej reaktora plazmowego (4) rozmieszczonych jest od 1 do n plazmotronów wodnych (5) tworzących każdy strumień plazmy (6) w postaci wysokozjonizowanej pary wodnej. Osie plazmotronów wodnych (5) są tak usytuowane względem siebie i względem dna miski dennej (4) reaktora plazmowego, że strumienie plazmy (6) tworzą dolną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (7), przy czym dolna część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (7) skierowana jest ku dołowi, a po odbiciu się od dna miski dennej (4) reaktora plazmowego kieruje się ku górze tworząc górną część wirującego spiralnie gazu plazmotwórczego i gazu poreakcyjnego (8).

Kopuła reaktora plazmowego (3) ma urządzenie podawcze surowców wejściowych (9) wyposażone w śluzę powietrzną urządzenia podawczego surowców wejściowych (10), urządzenie podawcze medium pomocniczego (11) wyposażone w śluzą powietrzną urządzenia podawczego medium pomocniczego

PRM - Plazmowy Reaktor Molekularny - Reaktor Molekularny II-giej generacji instalacji Recyklingu Molekularnego Odpadów (RMO)

Przedstawione rozwiązanie podlega ochronie patentowej