در اختراع كراكينگ پلاسمايي نفت پيروليز (PFO) با استفاده از سامانه مشعل تخليه سد دي الكتريك از يكي از ضايعات ارزان قيمت مجتمع هاي پتروشيمي استفاده گرديد. PFO از اجزا زنجيره‌هاي اشباع و غير اشباع، آروماتيكها، رزين ها و آسفالتين‌ها و برخي ناخالصي هاي گوگردي و فلزي تشكيل شده است. آسفالتين ها و رزين ها و ناخالصي ها، مانع بزرگي در ارتقاي نفت كوره به شمار مي رود زيرا آنها به آساني تبديل به كك مي شوند و سبب غير فعال شدن كاتاليست يا باعث گرفتگي مجراي راكتور مي شود. شيوه‌هاي كنوني ارتقاي هيدروكربن‌هاي سنگين به روش‌هايي كه بر پايه‌كراكينگ و جداسازي استوار مي‌باشند، تقسيم مي‌شود. شيوه‌هايي كه بر پايه‌جداسازي هستند، شامل آسفالتين زدايي و كراكينگ مي‌باشند. سه شيوه اصلي كراكينگ خوراك‌هاي سنگين شامل شكست گرمايي، شكست كاتاليستي و شكست كاتاليستي به همراه هيدروژن تقسيم مي‌شوند كه در اين اختراع استفاده از تكنيك نوين پلاسما به منظور شكست غير حرارتي- غير كاتاليستي خوراك نفت پيروليز مي باشد. اين اختراع به عنوان روشي نوين و كارامد با قابليليت صنعتي شدن بوده و در در شرايط بدون دما و كاتاليست در فشار اتمسفري توسط مشعل تخليه سد دي الكتريك، پردازش پلاسمايي بر روي خوراك صورت مي گيرد و از آن هيدروژن و هيدروكربن هاي با ارزش توليد نموده شده است. با استفاده از اين اختراع مي توان چنين ضايعات صنعتي را به محصولات ارزشمند گازي و مايع تبديل نمود و دوباره وارد چرخه توليد نمود تا به منظور حفظ منابع ملي و كاهش دور ريز ضايعات صنعتي محسوب مي شوند. از جمله منابع توليد PFO را ميتوان پالايشگاهها و واحدهاي الفين مجتمع هاي پتروشيمي نام برد. PFO در مقايسه با نفت¬گاز (يا گازوئيل) از تنوع مصرف كمتري برخوردار بوده و لذا قيمت پايين¬تري دارد. با استفاده از همين مزيت قيمت پايين ماده مصرفي جهت توليد محصولات با ارزش در اين اختراع استفاده گرديد. در اين اختراع، ابتدا طراحي و ساخت راكتور مناسب انجام شد و سپس براي رسيدن به شرايط بهينه كراكينگ نفت پيروليز به وسيله پلاسماي مشعل تخليه سد دي الكتريك موثرترين پارامترها در ايجاد پلاسماي مناسب انتخاب شدند كه عبارتند از بررسي اثر ولتاژ، بررسي اثر ميزان دبي گاز تشكيل دهنده پلاسما ، بررسي اثر ميزان نسبت گازهاي حامل پلاسما مي باشد.

در اختراع سامانه مشعل پلاسماي ماكروويو جهت كراكينگ پلاسمايي غير حرارتي- غير كاتاليستي خوراك نفت پيروليز به منظور توليد هيدروژن و هيدروكربنهاي سبك با ارزش از يكي از ضايعات ارزان قيمت مجتمع هاي پتروشيمي استفاده گرديد. نفت كوره از اجزا زنجيره‌هاي اشباع و غير اشباع، آروماتيكها، رزين ها و آسفالتين‌ها و برخي ناخالصي هاي گوگردي و فلزي تشكيل شده است. آسفالتين ها و رزين ها و ناخالصي ها، مانع بزرگي در ارتقاي نفت كوره به شمار مي رود زيرا آنها به آساني تبديل به كك مي شوند و سبب غير فعال شدن كاتاليست يا باعث گرفتگي مجراي راكتور مي شود. شيوه‌هاي كنوني ارتقاي هيدروكربن‌هاي سنگين به روش‌هايي كه بر پايه‌ كراكينگ و جداسازي استوار مي‌باشند، تقسيم مي‌شود. شيوه‌هايي كه بر پايه‌ جداسازي هستند، شامل آسفالتين زدايي و كراكينگ مي‌باشند. سه شيوه اصلي كراكينگ خوراك‌هاي سنگين شامل شكست گرمايي، شكست كاتاليستي و شكست كاتاليستي به همراه هيدروژن تقسيم مي‌شوند كه در اين اختراع استفاده از تكنيك نوين پلاسما به منظور شكست غير حرارتي- غير كاتاليستي خوراك نفت كوره مي باشد. در اين اختراع روشي نوين و كارامد كه توانايي صنعتي شدن دارد مطرح شده است. در اين روش با اعمال امواج ماكروويو بدون ايجاد آلودگي هاي زيست محيطي اقدام به پردازش نفت كوره نموده و از آن هيدروژن و هيدروكربن هاي با ارزش توليد نموده شده است. در اين اختراع، پس از طراحي و ساخت راكتور مناسب به بررسي پارامترهاي موثر، در كراكينگ PFO، پرداخته ميشود. در انتخاب پارامترها و تايين شرايط بهينه، افزايش نرخ توليد هيدروژن و هيدروكربن هاي گازي و همچنين توليد مايعات با ارزش مد نظر قرار گرفته است. موثرترين پارامترها بررسي اثر توان، بررسي اثر ميزان دبي گاز تشكيل دهنده پلاسما و بررسي اثر ميزان خوراك مي باشد.

مشعل هاي صنعتي متداول كاربردهاي مختلفي در صنايع دارند اما با توجه به نوع سوخت آنها كه آلودگي هاي زيست محيطي توليد مي كند ، كارايي آنها به نسبت دمايي كه توليد مي كنند و محدويت هايي كه براي كاركد آنها در شرايط مختلف وجود دارد ونيز هزينه هاي بعضاً زياد راه اندازي آنها داراي معايبي خواهند بود كه مشعل هاي پلاسمايي حرارتي مي توانند به خوبي جايگزين آنها شوند وكاربردهايي از جمله جوشكاري و برشكاري را كيفيت عالي انجام دهند. امروزه در دنيا شركتهاي معدودي وجود دارند كه بطور اختصاصي بر روي طراحي و عرضه مشعل هاي پلاسمايي حرارتي فعاليت مي كنند و اين فعاليت همچنان در حال پيشرفت مي باشند. مشعل ساخته شده داراي حدود 14 قطعه اصلي است كه هركدام به دقت طراحي و ساخته شده اند. در ساخت اين دستگاه از مواد اوليه مناسب براي هر بخش از آن استفاده شده است. سيستم هاي جانبي مورد نياز براي راه اندازي شامل منبع تغذيه،سيستم خنك كننده و سيستم تزريق گاز نيز مناسب با شرايط هندسه طراحي مشعل انتخاب شدند. آزمايشهايي به منظور تاثير نوع گاز حامل پلاسما بر روي شكل و حجم و دماي پلاسما توليدي انجام شد كه نشان مي دهد تك اتمي بودن و يا چند اتمي گاز باعث افزايش دما و حجم پلاسما مي شود. آزمايشهايي نيز به منظور تاثير دبي گاز حامل و تركيب آن بر روي حجم و دماي پلاسما انجام شد كه حاكي از افزايش دما و طول شعله پلاسما با افزايش دبي مي باشند، بيشترين طول شعله در دبي slm2 با گاز نيتروژن و توان اعمالي kw 8/4 به حدود cm24 رسيد. همچنين تاثير توان (جريان الكتريكي) بر روي حجم و دماي پلاسماي توليدي بررسي شد كه اين روند نيز كاملا صعودي مي باشد.بيشترين دماي توليدي حدود 20000درجه سانتي گراد به دست آمد. پروفايل ولتاژ-جريان الكتريكي نيز براي بازه اي از جريان هايي كه مشعل مي توانست به طور پايدار روشن بماند امجام شد كه نشان مي داد براي رسيدن به دماهايي بيش از10000درجه (رژيم حرارتي قوس الكتريكي) بسته به نوع گاز حامل به جرياني حدود 60-50 آمپر نياز است كه اين مقدار به فاصله الكترودها نيز بستگي دارد.

سامانه فنر تبادلي، يك نانو سيستم مغناطيسي است كه در سالهاي اخير به علت پيشنهاد استفاده از آنها در ساخت آهنرباهاي دايمي فوق قوي و همچنين پيشنهاد ساخت حافظه هاي مفناطيسي فوق چگال، مورد توجه محققين و دانشمندان علم فيزيك قرار گرفته است. از آنجاييكه هنوز اهدافي كه از ساخت اين سامانه ها در نظر گرفته شده و پيشنهاد شده، محقق نشده است بيشتر تحقيقات دانشمندان متمركز به ساخت و مشخصه يابي اين سامانه ها است. اما اين انتظارات نظري تاكنون در حد نظري، تئوري و شبيه سازي هستند ، در عمل محقق نشده‏اند. از اين رو تحقيق و مطالعه جهت شناخت، بررسي رفتار و مشخصه يابي اين سامانه‏ها به صورت تجربي و عملي در حال انجام است. مشكلي در اينجا ظاهر مي‏شود اين است كه توليد و ساخت اين نانوساختارهاي مغناطيسي بسيار دشوار بوده و با هزينه گزافي همراه است و مستلزم استفاده از دستگاه هاي لايه نشاني پيشرفته و گران قيمت نظير رونشست پرتو مولكولي (MBE) و يا دستگاه هاي جديد روش هاي گرمايي با كنترل بسيار دقيق است. راه حلي كه اين اختراع ارائه مي‏دهد اين است كه با استفاده از موجبر ماكروويو نوارهاي آمورف مغناطيسي تحت تابش امواج ماكروويو قرار داده مي‏شوند. امواج تابشي موجب سخت شدن لايه‏هاي سطحي نوارها كه به صورت تبادلي با لايه‏هاي زيرين (كه آمورف و همچنان نرم مغناطيسي هستند) جفت هستند، مي‏شوند. بدين ترتيب بر روي نوار مورد نظر، يك سيستم فنر تبادلي دولايه اي ايجاد مي شود كه كاربرد آن براي مطالعه نانوساختارهاي فنر تبادلي است.

در صنعت پتروشيمي به منظور استفاده بهينه از برشهاي سنگين نفتي آن ها را به برشهاي سبك تبديل ميكنند. انجام اين فرايندها مستلزم ايجاد شرايط خاص اعم از ايجاد دماي بالا، فشار غير اتمسفري، استفاده از كاتاليزور است كه هزينه بالايي دارد. از طرفي در صنعت پتروشيمي و همچنين ساير صنايع، گاز هيدروژن، گازي پرمصرف و با ارزش است. در اين طرح روش نويني به منظور شكست هيدروكربنهاي سنگين و همچنين توليد هيدروژن ارائه شده است كه اين روش نيازمند ايجاد شرايط دمايي و فشار خاص نيست و همچنين مستقل از حضور كاتاليزور صورت ميگيرد. به همين منظور ضمن طراحي و ساخت راكتور پلاسمايي غير حرارتي تخليه سد دي الكتريك استوانه اي اقدام به پردازش تركيبات هگزادكان(C16H34)، روغن لوبكات و نفت خام شده است. پس از پردازش اين برش هاي سنگين نفتي توسط پلاسماي متان در شرايط بهينه، گاز هيدروژن و هيدروكربنهاي سبك با ارزش بالاتر نظير اتيلن ، استيلن، پروپان و پروپيلن به عنوان محصول توليد ميگردد. در آزمايشات صورت گرفته ضمن آناليز محصولات مايع محصولات گازي نيز مورد بررسي قرار گرفته است. در واقع اين طرح مقياس آزمايشگاهي از واحدهاي توليد هيدروژن و هيدروكربنهاي سبك در صنعت پتروشيمي است.

در اين سيستم عناصر مورد نظر از طريق كپسولهاي گاز و يا از طريق تبخير مواد با فشار بخار زياد به صورت تركيب و يا خالص آنها استحصال شده و از طريق سيستم گازرساني شامل لوله هاي ارتباطي، شيرهاي كنترل و فلومترهاي كاليبره شده به رآكتور واكنش منتقل مي گردند. در راكتور واكنش تحت پلاسماي سرد توليد شده توسط امواج سطحي مايكرويو (در فركانس 2/45 گيگاهرتز) گازهاي مورد نظر تجزيه گرديده و عناصر و يا تركيبات مورد نظر را ايجاد كرده و با كنترل شرايط لايه نشاني امكان لايه نشاني مواد آلي مورد نظر بر روي مواد زمينه فراهم مي گردد. با استفاده از محيط پلاسمايي مي توان اكثر واكنشهاي پليمريزاسيون را در دماي پايين بدون آسيب رسيدن به ماده زمينه و تغيير كردن خواص حجمي آن (بطور مثال نانو ذرات و ...) انجام داد. دستگاه ساخته شده داراي پارامترهاي منحصر بفردي است كه مزاياي زير را دارا مي باشد: 1- لايه نشاني مواد آلي (پليمرها) بر روي سطح خارجي نانو ذرات از حالت بخار شيميايي 2- اصلاح سطح پليمرها به كمك پارامترهاي متغير پلاسماي مايكرويو 3- طراحي و ساخت كامل رآكتور در داخل كشور جمهوري اسلامي ايران 4- قابليت تغيير توان، فشار و اختلاط جريانهاي متفاوت گازي با شارشهاي متفاوت 5- استفاده از روشي منحصر به فرد براي ورود و خروج گاز و بخارات شيميايي به درون رآكتور 6- امكان تغيير روش ورود و خروج گاز به سيستم و ابعاد رآكتور پلاسما 7- انجام عمليات لايه نشاني بدون آسيب رساندن به ماده زمينه 8- امكان كنترل اندازه ضخامت لايه پليمري نشانده شده 9- قابليت پليمريزاسيون كليه مواد آلي (مونومرها) با فشار بخار مناسب

در اين سيستم عناصر مورد نظر از طريق كپسولهاي گاز و يا از طريق تبخير مواد با فشار بخار زياد به صورت تركيب و يا خالص آنها استحصال شده و از طريق سيستم گاز رساني شامل لوله هاي ارتباطي، شيرهاي كنترل و فلومترهاي كاليبره شده به محفظه واكنش منتقل مي گردند. در محفظه واكنش تحت ميدان الكتريكي مستقيم پالسي گازهاي مورد نظر تجزيه گرديده و عناصر و يا تركيبات مورد نظر را ايجاد كرده وبا كنترل شرايط رسوب دهي امكان رسوب مواد مورد نظر بر روي مواد زمينه فراهم مي گردد. با استفاده از محيط پلاسمايي اكثر واكنشها را مي توان در دماي كمتري از واكنشهاي حرارتي متداول انجام داد كه باعث مي شود بتوان پوششهاي فلزي و غير فلزي را بر روي مواد زمينه مثلا پليمري ايجاد كرد. سيستم ساخته شده داراي پارامترهاي منحصر بفردي است كه مزاياي زير را دارا مي باشد: 1- قابليت تغيير پتانسيل يا ولتاژ، اندازه پالس، فركانس، اختلاط جريانهاي متفاوت گازي 2- تجزيه و رسوب گازهاي قابل تجزيه و توليد ذرات و لايه هاي نازك مانند لايه هاي مواد كربني از هيدروكربنهاي مانند متان و غيره 3- توليد تركيبات فلزي و غير فلزي بر روي سطوح با استفاده از گازهاي حامل عناصر تشكيل دهنده تركيبات مورد نظر 4- امكان تغيير فاصله بين ماده زمينه و ماده هدف موارد استفاده: كاربرد اين دستگاه در صنايع خودرو، قالب و ابزار سازي، الكترونيك، اپتيك، شيشه و نانو تكنولوژي مي باشد. در مراكز آموزشي در آزمايشگاههاي رشد لايه هاي نازك، پوشش دادن، اپتيك، تجزيه و تخليص مواد و بسياري ديگر قابل استفاده است.

زير لايه هاي استفاده شده در اغلب موارد لامهاي شيشه اي به ضخامت 1mm و در چند مورد زير لايه هاي سليكوني (100) بوده است. قبل از قرار دادن زير لايه ها داخل محفظه و بر روي الكترود ابتدا به مدت 15 دقيقه در محلول استون و در دستگاه ultrasonic كاملا تميز و شتشو مي شوند. پس از گذاشتن نمونه ها در محفظه مواد مايكروويو را در توان 250W روشن نموده و آنها را به مدت 20 دقيقه در معرض پلاسماي هيدروژن قرار مي داديم تا لايه هاي اكسيدي ذاتي كه در سطوح قرار دارند به كلي از بين بروند. پس از آماده سازي زير لايه، گاز متان را وارد محفظه كرده و فشار كاري سيستم را حدود10*8 ميلي بار تنظيم مي كنيم. در فشارهايي كمتر از مقدار فوق نمي توان پلاسماي مايكروويو را تشكيل داد. با وارد كردن متان و روشن كردن ژنراتور RF با توان 200W و پس از تطبيق امپدانس سيستم لايه نشاني آغاز مي شود. دماي كاري از 100 تا 200 درجه سانتيگراد قابل تنظيم است و معمولا حدود 150 درجه سانتيگراد ثابت نگه داشته مي شد و زير لايه ها به مدت 1/5 ساعت داخل محفظه در معرض پلاسما قرار داده مي شدند. پس از اتمام آزمايش نمونه ها سريعا داخل جعبه هاي تميز گذاشته شده و براي انجام آزمايشهاي تشخيصي انتقال داده مي شدند.