Высокоресурсный плазмотрон и способ получения наноструктурированного технического углерода

(2010.01), 10 3/18 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ промышленности,например,для получения ультрадисперсной сажи, которая является сырьм для получения наноструктурированного технического углерода. Однофазный плазмотрон содержит внутренний и наружный соосно расположенные электроды,каждый из которых размещн в своей индукционной катушке, а между электродами имеется вихревая камера подачи плазмообразующего газа. Электрическая дуга горит с графитовой вставки,запрессованной во внутренний электрод, на внутреннюю поверхность наружного электрода. Для повышения срока службы электродов в их пристеночную область подаются газообразные углеводороды. В соответствии с изобретением,на цилиндрической образующей графитовой вставки выполнены винтовые каналы в виде многозаходной резьбы, что обеспечивает равномерную подачу газообразных углеводородов по всей пристеночной области внутреннего электрода. Во внутренний электрод углеводороды подают с расходом на два-три порядка меньшим расхода плазмообразующего газа в количестве,необходимым только для регенерации торцевой поверхности графитовой вставки внутреннего электрода, а подачу газообразных углеводородов в пристеночную область наружного электрода для получения наноструктурированного технического углерода можно осуществлять с расходом,сопоставимым с расходом плазмообразующего газа.(72) Голыш Валерий Иванович Лукьященко Валерий Григорьевич Мессерле Владимир Ефремович Умбеткалиев Куаныш Аскарович Устименко Александр Бориславович Шевченко Виктор Николаевич(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Научноисследовательский институт экспериментальной и теоретической физики Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) ВЫСОКОРЕСУРСНЫЙ ПЛАЗМОТРОН И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА(57) Группа изобретений относится к области преобразования электрической энергии в тепловую посредством дугового разряда в плазмотроне и может быть использована в энергетике, для розжига и подсветки пылеугольного факела в топочных устройствах, в металлургической и химической 23797 Группа изобретений относится к области преобразования электрической энергии в тепловую посредством дугового разряда в плазмотроне и может быть использована в энергетике, в частности,для розжига и подсветки пылеугольного факела в топочных устройствах, в металлургической и химической промышленности, например, для получения ультрадисперсной сажи,которая является сырьм для получения композиционных материалов на основе наноструктурированного углерода. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ генерирования плазмы и плазмотрон(Предварительный патент Казахстана (11)8464,МПК Н 05 Н 1/24, Н 05 В 7/18, бюл.1, 14.01.2000),содержащий наружный электрод и изолированный от него, соосно расположенный с ним, внутренний электрод, каждый из которых размещн в своей индукционной катушке, с вихревой камерой подачи плазмообразующего газа между электродами. Основным отличительным признаком плазмотрона является то, что в полости внутреннего электрода в его донной части закреплена вставка, обычно из графита, с образованием полости между внутренней поверхностью катода и наружной поверхностью вставки, соединенной с мкостью, содержащей углеводороды метанового ряда. Так же, отличительные признаки плазмотрона характеризуются тем, что выходная часть дугового канала выходного электрода до зоны привязки дуги соединена с мкостью, содержащей углеводороды метанового ряда, а входная и выходная части дугового канала выходного электрода выполнены в виде конфузора и диффузора, соответственно. В указанном плазмотроне реализован способ генерирования плазмы путем подачи плазмообразующего газа тангенциально между внутренним и наружним электродами, зажигания дуги и магнитной фиксации зоны привязки дуги на электродах. Основными отличительными признаками способа генерирования плазмы в плазмотроне является подача углеводородов метанового ряда пристеночным слоем вдоль внутренней поверхности внутреннего электрода и дополнительной подачей углеводородов в зону привязки дуги на выходном электроде. В процессе работы плазмотрона происходит термическое разложение углеводородного газа, например,пропан-бутана, диссоциация и частичная ионизация с выделением свободного углерода, который осаждается на поверхности электродов, то есть происходит регенерация рабочей поверхности электродов что способствует повышению ресурса работы плазмотрона в целом. Причем, расход углеводородов метанового ряда на 1-2 порядка меньше расхода плазмообразующего газа, что затрудняет его равномерную подачу в пристеночную область между графитовой вставкой и внутренним электродом. Неравномерность истекания углеводородов или увеличение их расхода во внутреннем электроде приводит к образованию сгустков сажи и выбрасыванию их 2 наружу, что в некоторых случаях приводит к короткому замыканию между электродами в области вихревой камеры и погасанию дуги. Также, в указанном способе генерирования плазмы в плазмотроне и плазмотроне, реализован способ получения композитного углеродного материала,построенного из нанокластеров углерода, получаемого в виде приэлектродного депозита на внутренних полостях электродов и на торцевой поверхности графитовой вставки, который осуществляется путем подачи и пиролиза пропанбутановой смеси без использования благородных газов (гелий, аргон и т.д.) в условиях высокоточного разряда с магнитной фокусировкой приэлектродных областей электрической дуги. Приэлектродный депозит способствует защите от износа внутренней поверхности электродов и, как следствие, повышению их ресурса работы. Но малые расходы углеводородов метанового ряда, по сравнению с количеством вводимого плазмообразующего газа,не позволяют рассматривать этот способ, как экономичный способ получения композиционного углеродного материала в количествах, пригодных для коммерческих целей. Увеличение подачи газообразных углеводородов в область вставки внутреннего электрода приводит к росту сажевых сгустков и нестабильной работе плазмотрона,а увеличение подачи этих углеводородов на выходе наружного электрода ограничено их временем пребывания в высокотемпературной зоне. Зажигание дуги в плазмотроне осуществляется искровым разрядом воздушного промежутка между двумя электродами с помощью осциллятора. Пробой кольцевого зазора толщиной 2-4 мм требует напряжения 6-10 кВ, что представляет реальную опасность для тиристорного источника электропитания. А подача напряжения на электроды через клеммы, подсоединенные к корпусам внутреннего и наружного электродов, снижает безопасность электроснабжения плазмотронов и создат дополнительные трудности в схемах электропитания при параллельной работе 2-х и более плазмотронов от одного трансформатора, в том случае, когда у них заземлены корпуса выходных электродов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы плазмотрона,безопасности его обслуживания и реализация экономичного способа получения наноструктурированного технического углерода(сажи) в объмах, пригодных для коммерческого использования. Технический результат достигается тем, что в плазмотроне, содержащем наружный электрод и изолированный от него, соосно расположенный с ним внутренний электрод, каждый из которых размещен в своей индукционной катушке с патрубком и вихревой камерой подачи плазмообразуещего газа между электродами, в котором внутренний электрод выполнен полым и в нем закреплена графитовая вставка с полостью,соединенной с емкостью углеводородов метанового 23797 ряда, а дуговой канал наружного электрода через выходные каналы и кольцевую полость так же соединн с мкостью углеводородов метанового ряда, в соответствии с изобретением, графитовая вставка выполнена в виде цилиндра с винтовыми каналами в виде многозаходной резьбы вдоль образующей его поверхности, а в полости электрода имеются выступы, до глубины которых впрессована цилиндрическая вставка с образованием полости между донной частью электрода и торцевой поверхностью вставки, в которую поступают газообразные углеводороды через трубу,расположенную по оси внутреннего электрода. Преимущественно,в соответствии с изобретением,труба подачи газообразных углеводородов, расположенная по оси внутреннего электрода со вставкой изготовлена из меди,изолирована как от внутреннего электрода, так и от его корпуса, причм к одному из концов трубы подсоединена клемма токоподвода, а ко второму индукционная катушка, которая, в свою очередь,соединена вторым выходом с электродом. Преимущественно,в соответствии с изобретением,между двумя электродами расположен третий кольцевой пусковой электрод,делящий вихревую камеру подачи плазмообразующего газа на две неравные части так,что зазор между наружным и пусковым электродами, больше, чем между пусковым и внутренним электродом. Преимущественно,в соответствии с изобретением,обе индукционные катушки,распложенные вокруг электродов, включены последовательно в цепь тока дуги. Предпочтительно в некоторых рабочих режимах индукционная катушка, охватывающая выходной электрод, выполнена распределенной по длине электрода и в средней е части имеет клемму токоподвода от одного из полюсов источника питания плазмотрона, а оба конечных вывода катушки соединены с выходным электродом. В предпочтительных вариантах входная часть дугового канала наружного электрода выполнена в виде конфузора, а выходная - в виде диффузора,причем в широкой части конфузора выполнена ступенчатая канавка. Предпочтительно, длина диффузора к длине конфузора выполнена в соотношении 2,5-4. Предпочтительно, что выходные каналы для ввода углеводородов метанового ряда из кольцевой полости в пристеночную область выходного электрода расположены в начале диффузора в узкой его части. В некоторых вариантах в вихревой камере выполнено два патрубка для ввода рабочего тела один патрубок для подвода плазмообразующего газа, например воздуха или азота, а второй дополнительный - для подвода пара или другого рабочего тела. Так, например, подача пара способствует повышению энтальпии плазмообразующего газа за счет выделяющегося водорода при диссоциации молекул воды. Преимущественно выходной электрод изолирован от корпуса плазмотрона. В некоторых вариантах внутренняя часть выходного электрода изготовлена из графитового материала, который запрессован в зоне горения дуги в медную обойму наружного электрода. Также плазмотрон может быть подключен к источнику электропитания в обратной полярности,то есть электрод со вставкой подключен к положительному полюсу источника и служит анодом, а наружный - к отрицательному полюсу и служит катодом. Для достижения технического результата в способе получения наноструктурированного технического углерода,путм высокотемпературного пиролиза газообразных углеводов в плазмотроне при тангенциальной подаче плазмообразующего газа между внутренним полым и наружным электродами, зажигания дуги,магнитной фиксации зон привязки дуги на электродах и подачи в эти зоны пристеночным слоем вдоль внутренней поверхности электродов углеводородов метанового ряда,согласно изобретению,подачу углеводородов в пристеночную область внутреннего электрода осуществляют тангенциальными струями,равномерно истекающими вдоль внутренней образующей поверхности электрода через винтовые канавоки, выполненные на наружной поверхности графитовой цилиндрической вставки,запрессованной во внутренний электрод из полости,образованной между вставкой и торцом внутреннего электрода, в которую газообразные углеводороды поступают из емкости, с расходом на два-три порядка меньшим расхода плазмообразующего газа в количестве, необходимом только для регенерации торцевой поверхности графитовой вставки внутреннего электрода во время горения дуги, а подачу газообразных углеводородов в пристеночную область наружного электрода осуществляют с расходом, сопоставимым с расходом плазмообразующего газа. Причем,удельный расход подачи углеводородов метанового во внутренний электрод ряда поддерживают равным(Предварительный патент Казахстана А(11)8464,МПК Н 05 Н 1/24, Н 05 В 7/18, бюл.1, 14.01.2000)(0/)Э(910-6310-5),где- удельный расход углеводородов, кг/с 0 - плотность метана, кг/м 3- плотность используемого углеводорода метанового ряда, кг/м 3-ток дуги, А- доля электронного тока термоэлектронной эмиссии катода (0,7-0,9) Э - величина среднестатической эрозии графитового катода в инертной среде при нормальных условиях, кг/кл. Это соответствует расходу углеводородов,необходимому только для регенерации торцевой поверхности графитовой вставки внутреннего электрода, которая подвергается износу во время горения дуги и соответствует расходу, на два-три порядка меньшему расхода плазмообразующего 3 23797 газа. А для увеличения производительности плазмотрона по получению наноструктурированному техническому углероду ультрадисперсной сажи,содержащий наноструктурированный углерод в виде наночешуек, нанотрубок, нанострежней или нановолокон как конечного продукта, подачу газообразных углеводородов в пристеночную область наружного электрода осуществляют с расходом,сопоставимым с расходом плазмообразующего газа, и в некоторых случаях превышающем его расход в 2-3 раза. В предпочтительном варианте,подачу углеводородов метанового ряда осуществляют вблизи сужения выходного электрода. В некоторых вариантах пиролиз газообразных углеводородов в наружном электроде осуществляют на графитовой подложке. Преимущественно столб электрической дуги в области наружного электрода подвергают дополнительной турбулизации, что улучшает теплообмен между электрической дугой и плазмой нагретого плазмообразующего газа с газообразными углеводородами метанового ряда, подаваемыми в выходной электрод, и препятствует привязке электрической дуги на торец выходного электрода. Предпочтительно в качестве плазмообразующего газа используется технический азот. В некоторых вариантах пиролиз газообразных углеводородов осуществляют внутри наружного электрода, имеющего отрицательный потенциал источника питания постоянного тока. На фиг. 1 схематично изображен плазмотрон в разрезе и схема его электропитания на фиг. 2 изображен плазмотрон в разрезе, имеющий дополнительный пусковый кольцевой электрод,наружный электрод со ступенчатой канавкой на конфузоре, средний отвод индукционной катушки наружного электрода и графитовую вставку на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1. Плазмотрон состоит из полого медного внутреннего электрода 1, размещенного внутри индукционной катушки 2. Внутренний электрод имеет выступы 7, расположенные симметрично по внутренней образующей электрода и до глубины которых запрессована цилиндрическая графитовая вставка 3, имеющая винтовые канавки 4 на цилиндрической поверхности, выполненные в виде многозаходной резьбы. Во внутренний электрод 1 через изолятор вставлена медная труба 5 для подачи углеводородов метанового ряда с расходом 1 в полость 6, образованную торцом графитовой вставки 3 и донной частью внутреннего электрода 1. Медная труба 5 выполняет также роль токоподвода. Для этого труба 5 соединена с одной из клемм источника питания и одним из выводов индукционной катушки 2. Второй вывод катушки 2 соединен непосредственно с внутренним электродом 3. Внутренний электрод расположен в водоохлаждаемом корпусе 8 (подвод воды не показан), который электрически изолирован как от внутреннего электрода 1, так и от медной трубы 5. Между внутренним электродом 1 и наружним 4 электродом 9 расположена вихревая камера 12 с патрубком (на Фиг. 1, 2, 3 не показан) подачи плазмообразующего газа, с расходом 2 и может быть расположен дополнительный кольцевой пусковой электрод 15 (Фиг. 2). Наружный электрод 9 охватывает индукционную катушку 10, которая может быть включена в цепь электропитания по двум вариантам. В первом случае (Фиг. 1) катушка 10 включена последовательно с электродом 9, при этом один вывод подключен к одной из клемм тиристорного источника питания, а второй вывод непосредственно к наружному электроду 9. Во втором варианте, показанном на фиг. 2, оба вывода индукционной катушки 10 подключены к наружному электроду 9, а к клемме источника питания катушка 10 подключена через дополнительную клемму подвода 16 в средней е части. Наружный электрод 9 и индукционная катушка 10 размещены в водоохлаждаемом корпусе 11 (ввод и выход воды не показаны) и изолированы от него. Входная часть дугового канала выполнена в виде конфузора, а выходная часть - в виде диффузора при отношении длины выходной части к входной,равном 2,54. В широкой части наружного электрода 9 имеется ступенчатая канавка 17(Фиг. 2), а в теле электрода 9 имеется кольцевая полость 13, в которую осуществляется подача углеводородов метанового ряда. Кольцевая полость 13 имеет выходные каналы 14, расположенные в начале диффузора выходного электрода 9. Рассмотрим работу плазмотрона при его прямой полярности, то есть внутренний электрод 1 является катодом, а выходной электрод 9 анодом. Плазмотрон подключают к управляемому тиристорному источнику питания. В цепь электродов включены индукционные катушки 2 и 10. В корпус 8 внутреннего электрода-катода 1 и в корпус наружного электрода-анода 9 подают охлаждающую воду. Плазмообразующий газ,например азот подают тангенциально через вихревую камеру 12 с расходом 2, а в полость катода 6 через медную трубу 5 и далее через винтовые канавки 4 графитовой вставки 3 в пристеночную область катода 1 углеводороды метанового ряда с расходом 1. В пристеночную область диффузора анода 9 в его узкой части через выходные каналы 14 и кольцевую полость 13 так же подают газообразные углеводороды с расходом 3. При этом, выдерживают соотношение величины расходов углеводородов 1 и 3 на два-три порядка меньшим, чем расход плазмообразующего газа 2. Запуск плазмотрона осуществляется по пусковой цепи - медная труба 5, индукционная катушка 2,катод 1 ограничивающее пусковой ток балластное сопротивление бал,контактор,осциллятор,индукционная катушка 10 и анод, или как показано на фиг. 2, дополнительный кольцевой пусковой электрод 15. В начальный момент времени дуга на катоде зажигается на боковой медной стенке полости катода 1, а затем переходит на графитовую вставку 3. Такой переход обусловлен началом процессов диссоциации молекул пропан-бутана и 23797 ионизации атомов углерода. Возникшие в результате ионизации, положительные ионы углерода под действием прикатодного падения потенциала осаждаются на поверхность графитовой вставки 3, образуя, таким образом пироуглеродный слой, содержащий наноструктурированный углерод. Толщина слоя в основном зависит от соотношения расхода пропан-бутана и величины тока дуги, и в меньшей степени от расхода плазмообразующего газа. Наличие полости 6 между графитовой вставкой 3 и торцом катода 1 и наличие винтовых каналов 4,равномерно расположенных по цилиндрической поверхности графитовой вставки 3, позволяет обеспечить равномерную подачу газообразных углеводородов в пристеночную область катода 1 и исключить образование сгустков сажи, влияющих на устойчивость горения электрической дуги. Включение индукционных катушек 2 и 10 последовательно в цепь электродов 1, 9, а следовательно и в цепь электрической дуги также повышает устойчивость горения дуги. Причем,направление витков индукционных катушек 2 и 10 выбрано таким образом, что электромагнитные силы, действующие на приэлектродные участки электрической дуги, направлены спутно с вихрем плазмообразующего газа, истекающего из вихревой камеры 12. Подача газообразных углеводородов с расходом 1 в полость внутреннего электрода 6 может осуществляется через медную трубу 5,изолированную как от внутреннего электрода 1, так и от корпуса 8. Медная труба 5 выполняет так же роль токоподвода к внутреннему электроду 1 через индукционную катушку 2. Это упрощает конструкцию узла внутреннего электрода и обеспечивает отсутствие электрического потенциала на его корпусе. Наличие третьего дополнительного кольцевого электрода 15 позволяет уменьшить расстояние пробоя во время пуска плазмотрона осциллятором и снизить его напряжение, что ведет к повышению надежности работы всей цепи источника питания. В некоторых случаях необходимо дополнительно турбулизировать часть дугового столба,находящегося в диффузоре выходного электрода 9. Это способствует более интенсивному теплообмену в канале выходного электрода и препятствует выносу пятен привязки дуги на торец выходного электрода 9, что исключает повреждение изоляции и нарушение герметичности между выходным электродом 9 и его корпусом 11. Дополнительная турбулизация электрической дуги осуществляется тем, что индукционная катушка 10, охватывающая выходной электрод, выполнена распределенной по длине электрода и в средней е части имеет клемму токоподвода 16 от одного из полюсов источника питания плазмотрона, причем витки индукционной катушки имеют такое направление намотки, что первая часть витков создает магнитное поле такого направления,что электромагнитная сила воздействует на ток части электродугового столба в направлении, спутном с направлением поступления плазмообразующего газа в вихревой камере, а вторая часть витков, расположенная в сторону выхода плазмы, воздействует на ток части электродугового столба в обратном направлении. Так же дополнительной турбулизации дуги способствует ступенчатая канавка 17, выполненная в широкой части конфузора наружного электрода 9. Для проведения термохимических реакций,например,получения сажи,содержащей наноуглеродные структуры, путем пиролиза углеводородов, требуется определенное время пребывания реагентов в высокотемпературной зоне. С этой целью отношение длины диффузора к длине конфузора выбрано равным 2,54, а система каналов 14 ввода углеводородов метанового ряда для выходного электрода 9 расположена в начале диффузора в узкой его части. Чтобы обеспечить универсальность работы с различными газообразными реагентами в вихревой камере выполнено два патрубка ввода рабочего тела один для подвода плазмообразующего газа,например воздуха, а второй для подвода пара, азота или другого рабочего тела. Для обеспечения безопасности обслуживания плазмотрона выходной электрод 9 изолирован от корпуса 11. Качество и характеристики структуры углерода,получаемого в виде содержащей углеродные наноструктуры сажи путем пиролиза газообразных углеводородов могут зависеть как от материала электрода, внутри которого ведется нагрев, так и от его полярности,поэтому в плазмотроне предусмотрена возможность изготовления внутренней части выходного электрода 9 в зоне привязки дуги из графитового материала 18 (Фиг. 2), запрессованного в медную водоохлаждаемую обойму тела выходного электрода. Так же плазмотрон может быть подключен к источнику электропитания в обратной полярности, то есть электрод со вставкой подключен к положительному полюсу источника и служит анодом, а выходной - к отрицательному полюсу и служит катодом. В процессе работы плазмотрона происходит термическое разложение углеводородов метанового ряда, диссоциация и частичная ионизация свободного углерода, который осаждается на поверхностях электродов и способствует повышению ресурса работы. Плазмотрон может служить как генератор плазмы с высоким рессурсом работы, но с помощью него возможно так же получать сажу, в том числе содержащую углеродные наночешуйки, нанотрубки, наностержни и нановолокна, как товарный продукт. Способ получения наноструктурированного технического углерода,путем высокотемпературного пиролиза газообразных углеводородов в плазмотроне при тангенциальной подаче плазмообразующего газа между внутренним полым и наружным электродами, зажигания дуги,магнитной фиксации зон привязки дуги на электродах и подачи в эти зоны пристеночным слоем вдоль внутренней поверхности электродов углеводородов метанового ряда осуществляют следующим образом. 5 23797 Подачу углеводородов в пристеночную область внутреннего электрода 1 осуществляют тангенциальными струями,равномерно истекающими вдоль внутренней образующей электрода через винтовые канавки 4, выполненные на наружной поверхности графитовой цилиндрической вставки 3, запрессованной в внутренний электрод из полости 6, образованной между вставкой и торцом внутреннего электрода в которую газообразные углеводороды поступают из емкости через трубу 5. Это позволяет обеспечить равномерную подачу углеводородов с малым расходом в пристеночную область внутреннего электрода 1, необходимым только для регенерации торцевой поверхности графитовой вставки 3 и избежать образования сгустков сажи,которые могут нарушить стабильность горения дуги путем перемыкания зазора между входным 1 и выходным 9 электродами. Для получения наноструктурированного технического углерода(сажи) в количествах,представляющих коммерческий интерес, подачу углеводородных газов в пристеночную область наружного электрода 9 через каналы 14 осуществляют с расходом,сопоставимым с расходом плазмообразующего газа и в некоторых случаях превышающим его. При этом, образующаяся сажа накапливается на внутренних стенках диффузора в объеме выходного электрода и выбрасывается наружу в реактор сбора сажи (на фиг. не показан), не влияя на стабильность горения дуги. Для обеспечения достаточного времени пребывания углеводородов в зоне нагрева и осуществления их пиролиза подачу углеводородов метанового ряда осуществляют вблизи сужения выходного электрода 9. Как указывалось выше, на качество сажи и структуру наночастиц или нановолокон углерода влияет материал электрода, в области которого происходят нагрев материала и превращение реагентов, и его полярность, поэтому пиролиз газообразных углеводородов в выходном электроде 9 может быть осуществлен на графитовой подложке 18 или в плазмотроне с обратной полярностью, то есть внутренний электрод 1 может иметь положительную полярность и является анодом, а наружный электрод 9 - катодом. Для более интенсивного нагрева газообразных углеводородов и предотвращения выброса пятен привязки электрической дуги на торец наружного электрода 9, столб электрической дуги в области наружного электрода подвергают дополнительной турбулизации за счет накладывания на столб дуги магнитного поля двух разных направлений или разрушения струи плазмы, поступающей в наружный электрод, путем создания ступенчатого барьера 17. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Плазмотрон, содержащий наружный электрод и изолированный от него, соосно расположенный с 6 ним, внутренний электрод, каждый из которых размещен в своей индукционной катушке, с патрубком и вихревой камерой подачи плазмообразующего газа между электродами, в котором внутренний электрод выполнен полым и в нем закреплена графитовая вставка с образованием полости, соединенной с емкостью углеводородов метанового ряда, а дуговой канал наружного электрода через выходные каналы и кольцевую полость так же соединен с емкостью, содержащей углеводороды метанового ряда, отличающийся тем, что вставка выполнена в виде цилиндра с винтовыми каналами в виде многозаходной резьбы вдоль образующей его поверхности, а в полости электрода имеются выступы, до глубины которых впрессована цилиндрическая вставка с образованием полости между донной частью электрода и торцевой поверхностью вставки,причем эта полость соединена с емкостью углеводородов метанового ряда через трубу,расположенную по оси внутреннего электрода. 2. Плазмотрон по п.1, отличающийся тем, что труба подачи газообразных углеводородов,расположенная по оси внутреннего электрода со вставкой, изготовлена из меди и изолирована как от внутреннего электрода, так и от его корпуса, причем к одному из концов трубы подсоединена клемма токоподвода, а ко второму - индукционная катушка,которая, в свою очередь, соединена вторым выходом с электродом. 3. Плазмотрон по пп.1-2, отличающийся тем,что между двумя электроламп расположен третий кольцевой пусковой электрод, делящий вихревую камеру подачи плазмообразующего газа на две неравные части так, что зазор между наружным и пусковым электродами, больше, чем между пусковым и внутренним электродами. 4. Плазмотрон по пп.1-3, отличающийся тем,что обе индукционные катушки, расположенные вокруг электродов включены последовательно в цепь тока дуги плазмотрона. 5. Плазмотрон по пп.1-3, отличающийся тем,что индукционная катушка,охватывающая наружный электрод, выполнена распределенной по длине электрода и в средней е части имеет клемму токоподвода от одного из полюсов источника питания плазмотрона, а оба конечных вывода катушки электрически соединены с выходным электродом. 6. Плазмотрон по пп.1-5, отличающийся тем,что входная часть дугового канала наружного электрода выполнена в виде конфузора, а выходная- в виде диффузора, причем в широкой части конфузора выполнена ступенчатая канавка. 7. Плазмотрон по пп.1-6, отличающийся тем,что отношение длины диффузора к длине конфузора равно 2,5-4. 8. Плазмотрон по пп.1-7, отличающийся тем,что выходные каналы для ввода углеводородов метанового ряда из кольцевой полости в пристеночную область выходного электрода расположены в начале диффузора в узкой его части. 9. Плазмотрон по пп.1-8, отличающийся тем, 23797 что в вихревой камере выполнен дополнительно второй патрубок для ввода дополнительного рабочего тела, например пара. 10. Плазмотрон по любому из пп.1-9,отличающийся тем, что наружный электрод изолирован от корпуса плазмотрона. 11. Плазмотрон по пп.1-10, отличающийся тем,что внутренняя часть наружного электрода в зоне привязки дуги изготовлена из графитового материала, который запрессован в медную обойму выходного электрода. 12. Плазмотрон по любому из пп.1-11,отличающийся тем, что плазмотрон подключен к источнику электропитания в обратной полярности,то есть электрод с графитовой вставкой подключен к положительному полюсу источника и служит анодом, а выходной - к отрицательному полюсу и служит катодом. 13. Способ получения наноструктурированного технического углерода,путем высокотемпературного пиролиза газообразных углеводородов в плазмотроне при тангенциальной подаче плазмообразующего газа между внутренним полым и наружным электродами, зажигания дуги,магнитной фиксации зон привязки дуги на электродах и подачи в эти зоны пристеночным слоем вдоль внутренней поверхности электродов углеводородов метанового ряда, отличающийся тем, что подачу углеводородов в пристеночную область внутреннего электрода осуществляют тангенциальными струями, при этом углеводороды подают с расходом на два-три порядка меньшим расхода плазмообразующего газа в количестве,необходимым только для регенерации поверхности внутреннего электрода в зоне привязки дуги, а подачу газообразных углеводородов в пристеночную область наружного электрода осуществляют с расходом, сопоставимым с расходом плазмообразующего газа. 14. Способ, по п.13, отличающийся тем, что подачу углеводородов метанового ряда осуществляют вблизи сужения наружного электрода. 15. Способ по пп.13-14, отличающийся тем,что пиролиз газообразных углеводородов в наружном электроде осуществляют на графитовой подложке. 16. Способ по пп.13-15, отличающийся тем,что столб электрической дуги в области наружного электрода подвергают дополнительной турбулизации. 17. Способ по пп.13-16, отличающийся тем,что в качество плазмообразующего газа используется технический азот. 18. Способ по пп.13-17, отличающийся тем, что пиролиз газообразных углеводородов осуществляют внутри наружного электрода, при отрицательном потенциале источника питания постоянного тока.