Способ и устройство для очистки газов, преимущественно инертных, от примесей

 

Изобретение относится к области получения чистых газов и обеспечивает повышение производительности и эффективности очистки газа за счет одновременного использования явления продольного и поперечного отделения примесей от очищаемого газа в условиях неравновесной газоразрядной плазмы. Очищенный газ непрерывно пропускают через разрядную камеру, к электродам внутри камеры прикладывают постоянное или импульсно-периодическое напряжение. Процесс ведут при напряжении, обеспечивающем поддержание неравновесной плазмы, при этом в разрядной камере происходит объемное разделение газов как в продольном, так и в поперечном направлении. Вывод обогащенного примесями и очищенного газов производят у зон наибольшей концентрации этих газов соответственно. Камера окружена коаксиально колбой. В стенке камеры выполнены отверстия для отвода обогащенного примесями газа в полость, образованную стенками камеры и колбы. Штуцер для отвода обогащенного примесями газа установлен в зоне его скопления, штуцер для ввода очищаемого газа соединен с катодом, а штуцер для вывода очищенного газа соединен с анодом. При этом объем полости, образованной стенками колбы и камеры, диаметр и количество отверстий в стенке камеры увеличивается от электрода положительной полярности к электроду отрицательной полярности. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к получению чистых газов, преимущественно инертных.

Известен способ очистки газов от примесей (пат. США N 4313739, B 03 C 3/00), при котором очищаемый газ непрерывно пропускается через разрядную камеру, к электродам внутри камеры прикладывают постоянное напряжение, обогащенный примесями газ выводят из камеры через отверстия в одном из электродов. Устройство для осуществления данного способа содержит разрядную камеру с двумя электродами, соединенными с источником постоянного напряжения, штуцер для вывода обогащенного примесями газа, соединенный с отверстием в одном из электродов, и штуцер для вывода очищенного газа. Электродная система представляет собой трубу с множеством отверстий в стенке и проволоку, натянутую по оси трубы.

Недостаток состоит в том, что для повышения эффективности очистки необходимо либо уменьшить ее производительность, либо увеличить длину электродов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ очистки газов (а. с. 1111821, B 03 C 3/00, БИ N 33, 1982 г.), при котором очищаемый газ непрерывно пропускают через разрядную камеру, к электродам внутри камеры прикладывают постоянное напряжение, обогащенный примесями газ выводят из камеры, процесс ведут при напряжении, обеспечивающем появление слаботочной дуги, при этом вывод обогащенного примесями газа производят по направлению электрического поля, создаваемого электродами разрядной камеры. В устройстве для осуществления способа очистки газов, содержащем цилиндрическую разрядную камеру с двумя электродами, один из которых выполнен полым, соединенными с источником постоянного напряжения, штуцер для ввода очищаемого газа, штуцер для вывода обогащенного примесями газа, соединенный с полым электродом, и штуцер для вывода очищенного газа, штуцеры выходящих потоков размещены в торцах камеры, а штуцер для подвода очищаемого газа установлен по ее вертикальной оси перпендикулярно выводимым потокам газа. При этом второй электрод выполнен полым и соединен со штуцером для вывода очищенного газа.

Недостаток известного способа и устройства состоит в недостаточной эффективности очистки и ее производительности.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности и эффективности очистки газа за счет одновременного использования явления продольного и поперечного отделения примесей от очищаемого газа в условиях неравновесной газоразрядной плазмы.

Указанная задача достигается тем, что согласно способу очистки газов, при котором очищаемый газ непрерывно пропускают через разрядную камеру, к электродам внутри камеры прикладывают постоянное или импульсно-периодическое напряжение, обогащенный примесями газ и очищенный газ выводят из камеры, процесс ведут при напряжении, обеспечивающем поддержание неравновесной плазмы, при этом в разрядной камере происходит объемное разделение газов как в продольном, так и в поперечном направлении, а вывод обогащенного примесями и очищенного газов производят у зон наибольшей концентрации этих газов соответственно.

Кроме того, в устройстве для осуществления способа очистки газов, содержащем камеру с двумя полыми электродами положительной (анод) и отрицательной (катод) полярности, установленными у торцов камеры и соединенными с источником постоянного или импульсно-периодического напряжения, штуцер для ввода очищаемого газа, штуцер для вывода обогащенного примесями газа, штуцер для вывода очищенного газа, при этом камера коаксиально окружена колбой, в стенке камеры выполнены отверстия для отвода обогащенного примесями газа в полость, образованную стенками камеры и колбы, при этом штуцер для отвода обогащенного примесями газа установлен в зоне его скопления (пространство между внешней поверхностью разрядной камеры и внутренней поверхностью колбы), штуцер для ввода очищаемого газа соединен с катодом, а штуцер для вывода очищенного газа соединен с анодом. При этом объем полости, образованной стенками колбы и камеры, диаметр и количество отверстий в стенке камеры увеличивается от электрода положительной полярности к электроду отрицательной полярности. Устройство может содержать несколько последовательно соединенных разрядных камер, при этом степень очистки газа будет возрастать по мере увеличения числа каскадов.

В предлагаемом устройстве используется тот же физический принцип, что и в вышеупомянутом а.с. N 1111821, но достигается он с помощью того факта, что в неравновесной газоразрядной плазме происходит не только продольное разделение компонентов смеси, при этом газ распределяется вдоль оси разряда так, что большее количество чистого газа оказывается у одного из электродов (анода), а отдельные примеси - у другого (катода), но и перераспределение компонентов смеси в поперечном (радиальном) направлении, что, естественно, сопровождается накоплением чистого газа в зоне продольной оси разряда у электрода положительной полярности.

Таким образом, описанные явления, возникающие в неравновесной газоразрядной плазме, позволяют создать конструкцию устройства с гораздо большей производительностью и эффективностью очистки газов, поскольку в нем одновременно происходит очистка газа в продольном и поперечном направлениях и в относительно большем объеме.

На чертеже изображено устройство для осуществления указанного способа.

Устройство содержит разрядную камеру 1 (цилиндрическая трубка, выполненная из диэлектрического материала, например из стекла, кварца, керамики и т.п.), штуцер 2 для вывода обогащенного примесями газа, электрод 3, соединенный со штуцером 4 для ввода очищаемого газа, электрод 5, соединенный со штуцером 6 для вывода очищенного газа. Камера 1 с отверстиями в стенке коаксиально окружена колбой 7. Колба спрофилирована в осевом направлении так, чтобы обеспечивался отвод обогащенного примесями газа с периферии вдоль оси разряда в процессе очистки. Например, для гелия - чем ближе к катоду, тем большее количество примесей собирается внутри газоразрядной камеры и тем больший объем необходим в колбе для отвода обогащенного примесями газа. Необходимая пропускная способность для отвода газа обеспечивается переменным количеством отверстий в стенке газоразрядной камеры - чем ближе к катоду, тем больше отверстий должно быть в этой стенке. И, соответственно, наоборот - чем ближе к аноду, тем меньше примесей в газе и тем меньше отверстий в стенке камеры и меньше объем колбы.

Устройство работает следующим образом.

Очищаемый газ через штуцер 4 непрерывно подается в разрядную камеру 1. В камере с помощью газового разряда в очищаемом газе создается неравновесная плазма. Примеси скапливаются у катода и у стенки разрядной камеры 1 и через отверстия в этой стенке поступают в полость, образованную стенками колбы 7 и камеры 1, и отводятся через штуцер 2, а очищенный газ через штуцер 6 откачивается в резервуар для чистого газа. При этом используются эффекты продольного и поперечного разделения очищаемого газа от примесей.

Кроме того, предлагаемая конструкция при использовании процесса многоступенчатой очистки газа (очищаемый газ пропускается через последовательно включенные одинаковые разрядные камеры) позволяет значительно повысить эффективность очистки газа.

Формула изобретения

1. Способ очистки газов, преимущественно инертных от примесей, при котором очищаемый газ непрерывно пропускают через разрядную камеру, к электродам внутри камеры прикладывают напряжение, а обогащенный примесями газ и очищенный газ выводят из камеры, отличающийся тем, что процесс ведут при постоянном или импульсно-периодическом напряжении с обеспечением неравновесной газоразрядной плазмы и с осуществлением в разряде объемного разделения газов как в продольном, так и в поперечном направлении, а вывод обогащенного примесями и очищенного газов производят у зон наибольшей концентрации этих газов соответственно.

2. Устройство для очистки газов от примесей, содержащее камеру с двумя полыми электродами положительной и отрицательной полярности, соединенными с источником напряжения и установленными у торцов камеры, штуцер для ввода очищаемого газа, соединенный с электродом отрицательной полярности, штуцер для вывода очищенного газа, соединенный с полым электродом положительной полярности, и штуцер для вывода обогащенного примесями газа, отличающееся тем, что камера коаксиально окружена колбой, в стенке камеры выполнены отверстия для отвода обогащенного примесями газа в полость, образованную стенками камеры и колбы, при этом штуцер для вывода обогащенного примесями газа установлен в зоне его скопления, а в качестве источника напряжения использован источник постоянного или импульсно-периодического напряжения.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что объем полости, образованной стенками колбы и камеры, диаметр и количество отверстий в стенке камеры увеличивается от электрода положительной полярности к электроду отрицательной полярности.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно содержит несколько последовательно соединенных между собой разрядных камер.

РИСУНКИ

Рисунок 1