DE2349535B2

DE2349535B2 - Reaktor für plasmachemische Verfahren

Info

Publication number: DE2349535B2
Application number: DE2349535A
Authority: DE
Inventors: Mats J. Solna Kaij; Eric Rimbo Smars
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1973-10-02
Publication date: 1980-01-03
Also published as: AR198327A1; FR2202147B1; DE2349535A1; SE366057B; FR2202147A1; CA1020118A; GB1448092A; US3869616A; BR7307778D0; BE805744A; ATA853373A; JPS4973382A; DE2349535C3; AT344663B; NL7313594A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen der Gattung des Patentanspruchs 1 entsprechenden Reaktor für plasmachemische Verfahren.

Bei solchen Reaktoren ist es wichtig, daß der zwischen der Kathode und der Anode erzeugte Lichtbogen die Lichtbogenkammer wenigstens angenähert axial durchsetzt. Andernfalls kann leicht ein sogenannter Doppelbogen entstehen, was bedeutet, daß der Lichtbogen anstatt direkt zwischen Anode und Kathode zu brennen von der Kathode zunächst zu irgendeiner mehr oder weniger nahen Stelle der Wandung der Lichtbogenkammer und von dieser Stelle zur Anode weiterbrennt, wodurch der Reaktor zerstört wird.

Zur Vermeidung des vorgenannten Mangels sind durch die AT-PS 2 22 625 bereits der Gattung des Patentanspruchs 1 entsprechende Reaktoren bekanntgeworden, bei denen das vom Bereich des Innenumfanges eines Ringabschnittes her in die Lichtbogenkammer eingeführte Schutzgas durch entlang dem Innenumfang verteilt angeordnete Düsen zugeführt wird, die in radialer Richtung sowie gegebenenfalls zugleich schräg entgegen oder schräg in Strömungsrichtung des Plamagases verlaufen. Wenn durch eine solche Zuführung des Schutzgases auf den Lichtbogen auch eine gewisse stabilisierende Wirkung ausgeübt werden kann, so hat sich doch gezeigt, daß durch diese Maßnahme noch keine ausreichende Sicherheit gegen das Auftreten der vorgenannten Mängel erzielt werden konnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den der Gattung des Patentanspruchs 1 entsprechenden Reaktor so zu vervollkommnen, daß der Lichtbogen entlang dem ganzen Weg zwischen der Kathode und der Anode zuverlässig in axialer Richtung der Lichtbogenkammer gehalten wird und insbesondere auch eine etwaige Bildung von Doppelbögen zuverlässig ausgeschlossen wird.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 wiedergegebene Maßnahme gelöst
Durch die vorgeschlagene tangentiale Zuführung des Schutzgases in die Lichtbogenkammer wird auf den Lichtbogen von außen her zugleich eine Drehwirkung ausgeübt die eine zuverlässige Stabilisierung des Lichtbogenweges gewährleistet

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 4 vorgeschlagen, weil durch das im Bereich der Anoden vorgesehene zusätzliche magnetische Drehfeld die Stabilisierung des Lichtbogens auch in dessen dortigem Wurzelbereich zuverlässig sichergestellt werden kann, was zugleich eine erheblich verringerte Abnutzung dieser Elektrode mit sich bringt.

Andere konstruktive Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet
in der Zeichnung, die den Reaktor in einer Seitenansicht (teilweise im axialen Schnitt) darstellt, ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.

Der dargestellte Reaktor weist zwei Endplatten 1 und 2 auf, von denen die eine (1) die Kathode 4 und die andere (2) die Anode 11 trägt. Eine die Kathode 4 bildende Elektrode ist in einem Halter 3 gehalten, der in üblicher Weise von Kühlkanälen 9 durchsetzt ist. Die Kühlkanäle 9 sind an Kühlwasserleitungen 7 und 8 angeschlossen. Das Plasmagas wird dem Halter 3 über eine Gasleitung 5 zugeführt. Es gelangt zur Brennstelle des Reaktors an der Stelle einer die Kathode 4 umgebenden Ringausnehmung 6 des Halters 3, die sich am einspannungsseitigen Ende des in den Brennraum hineinragenden Teiles der Kathode 4 befindet. Das vordere Ende des Halters 3 wird mit Hilfe von Kühlkanälen 10 von außen her gekühlt.

Die an der anderen Endplatte 2 angeordnete Anode 11 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgebildet und kann über einen Kühlkanal 12 gekühlt werden, der an Kuhlwasserleitungen 13 und 13' angeschlossen ist. Um die Anode 11 herum ist eine Magnetspule 14 angeordnet, durch welche im Bereich der Anode ein magnetisches Feld erzeugt werden kann.

Zwischen dem Halter 3 für die Kathode 4 und der

Anode 11 ist eine Anzahl von Ringabschnitten 15 aus elektrisch leitendem und zugleich hitzebeständigem Material axial aufeinanderfolgend angeordnet. Die Ringabschnitte 15 bilden damit eine rohrförmige Umhüllung der zwischen der Kathode 4 und der Anode 11 befindlichen Lichtbogenkammer. Im übrigen sind die Ringabschnitte 15 durch beiderseits von ihnen angeordnete Scheiben 16 aus einem geeigneten Isolierstoff voneinander und gegenüber den anschließenden Teilen des Reaktors isoliert. Die Scheiben 16 sind in radialer Richtung von Kanälen 20 durchsetzt, die zur Zuführung von Plasmagas dienen. Innerhalb der ringförmigen Scheiben 16 ist jeweils ein Ringraum 18 gebildet an den nach innen jeweils ein Ring 19 anschließt, der in radialer Richtung entlang seinem Umfang von in Umfangsrich-

tung schräg verlaufenden Kanälen 21 durchsetzt ist, durch welche das Gas durch die zwischen den Ringabschnitten 15 gebildeten Spalten 22 etwa tangential in die axiale Lichtbogenkammer eingeführt wird.

Wie aus der Zeichnung weiterhin ersichtlich ist, weisen die Ringabschnitte 15 jeweils um ihre innere Umfangswandung herum noch Kühlkanäle 23 auf, durch welche insbesondere ihr der Lichtbogenkammer zugekehrter Teil gekühlt wird. Als Kühlmittel kann beispielsweise dasselbe Gas verwendet werden, welches der Lichtbogenkammer durch die Kanäle 20 zugeführt wird.

Sobald ein Lichtbogen zwischen der Kathode 4 und der Anode U erzeugt und Plasmagas dem Halter 3 durch die Gasleitung 5 zugeführt wurde, wird zwischen Kathode und Anode ein Plasmabogen erhalten. Das Plasmagas kann beispielsweise aus Wasserstoff oder irgendeiner geeigneten Gasmischung bestehen. Anschließend wird weiteres Plasmagas durch die Kanäle 20 und 21 in die Lichtbogenkammer des Reaktors eingeführt. Infolge der beschriebenen Anordnung der Kanäle 21 wird dieses Gas in die Lichtbogenkammer etwa tangential eingeblasen, womit der Plasmabogen infolge der erzeugten Verwirbelung entlang der zwischen Kathode 4 und Anode 11 vorhandenen Achsrichtung stabilisiert wird. Mit Hilfe des durch die Magnetspule 14 erzeugten Magnetfeldes wird die Drallwirkung auf den Bogen weiterhin erhöht

Mit Hilfe der beschriebenen Reaktorkonstruktion wird eine wirksame Stabilisation des Bogens erzielt, aufgrund der die Gefahr der Bildung eines sogen. Doppelbogens ausgeschlossen ist. Durch die Zuführung weiteren Gases unmittelbar zum Plasmabogen ergibt sich an der an die Anode 11 anschließende Austrittsstelle 24 des Reaktors ein PlasmastraM mit optimalem Gasgehalt Überdies ist die Zündung des Bogens zwischen Kathode und Anode durch das Vorhandensein der elektrisch leitenden Ringabschnitte 15 erleichtert Diese Abschnitte können nämlich beim Zündvorgang wie Zwischenelektroden wirken, entlang denen der Bogen von der Kathode her aufeinanderfolgend bis zur Anode gezogen wird.

Die Ringabschnitte könnten gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch andere Formen und Abmessungen aufweisen und auch die Kühlkanäle, die Ringe 19 und die Kanäle 21 könnten gegenüber dem Ausführungsbeispiel abweichend ausgebildet und angeordnet sein. Außerdem könnten im Rahmen der Erfindung auch die Anode und die Magnetspule sowie die Kathode anders als dargestellt ausgebildet werden, beispielsweise könnten die Elektroden am Reaktor vertauscht werden, in welchem Falle die Kathode so zu gestalten wäre, daß sie von der Magnetspule umgeben werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Reaktor für plasmachemische Verfahren, ζ. Β. zum Kracken von Kohlenwasserstoffen bei der Herstellung von Acetylen, mit einer Kathode und einer Anode und einer zwischen denselben angeordneten zylindrischen Lichtbogenkammer, in der ein den Lichtbogen rohrförmig umhüllender sowie gegenüber der Anode elektrisch isolierter Ringabschnitt hitzbeständigen Materials vorgesehen ist, während zugleich Wasserstoff oder eine geeignete Gasmischung als Plasmagas von der Kathode her entlang dem Lichtbogen geblasen und ein Schutzgas vom Bereich des Innenumfanges des Ringabschnittes her in die Lichtbogenkammer eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kathode (4) und der Anode (11) mehrere gegenseitig elektrisch isolierte Ringabschnitte (15) axial aufeinanderfolgend und axial vor und nach jedem Ringabschnitt (15) tangential in die Lichtbogenkammer einmündende Zuführungskanäle (21,22) für das Schutzgas vorgesehen sind

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer an sich bekannten Kühlung der Lichtbogenkammer durch Ringkammern auch jeder Ringabschnitt (15) eine von einem Kühlmittel beaufschlagte Ringkammer (23) aufweist

3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel Gas von dem zugeführten Plasmagas ist

4. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Anode (11) und/oder der Kathode (4) eine Magnetspule (14) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit einem Drehsinn angeordnet ist, der dem Drehsinn des tangential zugeführten Schutzgases gleicht.