【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明书涉及一种介质阻挡放电等离子体反应器(dielectric barrierdischarge plasma reactor)。
技术介绍
1、已知使用等离子体反应器来激发气相化学反应。等离子体的作用在于向反应物提供足够的激发能(activation energy)，使得反应更快速地发生。当反应器被设计成通过连续供应反应物来产生反应时，在反应物存在于反应器中的相同持续时间内，等离子体使得这些反应物能够获得更高的转化率。
2、已经提出了等离子体反应器的许多配置。这些配置需要考虑的一些问题如下：
3、-获得反应物转化率的高值，
4、-在连续操作期间获得反应器的稳定操作，以及
5、-设计更小反应器以处理馈入到其的相同量的反应物。
6、所提出的配置尤其根据用于产生等离子体的电极的几何形状以及由此产生的等离子体的性质而变化。具体来说，已经提出以下配置以用于在化学反应器中产生等离子体：介质阻挡放电、辉光放电、电晕放电、射频放电、微波放电、滑动或旋转弧放电等。举例来说，文献ep 1 541 821 a1描述具有介质阻挡放电和线圆柱形电极配置(wire-cylinderelectrode configuration)的反应器。在ep 1 541 821 a1的此反应器中，呈线形式的电极接触含有反应物的气体流，且平行于此气体流的流向。相对于外部圆柱形电极，将正电压脉冲施加到线电极，以便产生等离子体。但由于在与气体接触的介电材料的表面上出现电荷累积，平行于线电极测量，仅在线电极与介质阻
7、对于以层的形式实施等离子体且其中含有反应物的气体流基本上垂直于等离子体层来穿过等离子体层的反应器配置，存在相同的限制。
8、技术问题
9、基于此情形，本专利技术的一个目标是提出减少或消除现有技术反应器的上述缺点的新类型的等离子体化学反应器。
10、具体来说，本专利技术旨在提供一种等离子体化学反应器，其具有稳定操作且允许在其中实行的化学反应获得更高的转化率。
技术实现思路
1、为了实现此目标或其它目标，本专利技术的第一方面提议一种用于激发气相化学反应的等离子体反应器，其包括：
2、-至少一个管状管道，其由介电材料制成，所述至少一个管状管道具有中心轴线且被布置成将含有一种或多种反应物的气体流从此管状管道的入口端引导到出口端，及
3、对于每一管状管道：
4、/i/内部电极，其定位于管状管道中，其中在此内部电极与管状管道之间具有径向分离间隔；及
5、/ii/外部电极，其定位在管状管道外部且被布置成在管状管道的外表面的纵向区段中产生基本上均匀的电势，所述管状管道内部的在此纵向区段上在中心轴线上的正交投影中叠加的体积被称作反应器的活性区。
6、此反应器进一步包括：
7、-电源，其连接于每一管状管道的内部电极与外部电极之间。
8、本专利技术的等离子体反应器因此属于介质阻挡放电类型。
9、根据本专利技术的反应器的标示为/iii/的第一特征，内部电极定位于每一管状管道中接近活性区的边界，所述边界被称作活性区的上游边界，所述边界朝向入口端和出口端中的一个定向。此外，内部电极具有朝向入口端和出口端中的另一个导向的尖峰形状(spike shape)，且根据从此活性区的上游边界到内部电极的尖端平行于中心轴线进行的测量，平行于中心轴线朝向出口端延伸且不超过活性区的长度的10％。借助于尖峰圆柱体类型(spike-cylinder type)的电极的此配置，在气体流中产生的放电具有传播放电配置，其从内部电极的尖端开始且在活性区内部纵向延伸。此传播放电由电离头及通常被称作引导器的电离通道构成，所述电离头由被称作流光(streamers)的若干细丝制成。等离子体区的长度因此可以很长，使得气体流能够在整个三维体积内部接触等离子体。因此，在气体流行进穿过等离子体的此三维体积的整个持续时间期间，激发能(activation energy)传输到反应物。由于本专利技术提供此大体积的等离子体，因此，在相同的气体流流动速率下持续时间更长，使得可以获得更高转化率。内部电极向活性区中突出10％的限值确保由在内部电极与外部电极之间施加的电压脉冲产生的每一放电在管状管道内部具有纵向传播结构，且在内部电极处无显著的径向分量。优选地，内部电极从活性区的上游边界到所述区中的突出量可小于活性区的长度的5％。
10、在本专利技术的上下文中，术语内部电极的尖峰形状是指此内部电极的凸表面的曲率半径小于100μm(微米)、优选地小于50μm且大于0.1μm的突出形状。
11、在本说明书中，相对于气体流在此管状管道中的流动方向来指定管状管道的入口端和出口端。此外，相对于内部电极的位置，且因此相对于传播放电在管状管道内部的纵向延伸来指定活性区的上游边界。然而，在本专利技术的替代实施例中，活性区的上游边界可以交替地朝向管状管道的入口端或出口端定向，这意味着所述活性区交替地更接近入口端或出口端。换句话说，平行于管状管道中的中心轴线的传播放电从尖峰形内部电极延伸的方向相对于气体流在管状管道中的流动方向可以在相同方向上或在相反方向上。
12、根据本专利技术的反应器的标示为/iv/的第二特征，反应器的活性区中的管状管道的内径在0.05mm(毫米)与10mm之间。此间隔构成了每一管状管道以足够的流动速率和有限的水头损失(head loss)引导气体流的能力与获得基本上占据管状管道的整个内部横截面积的等离子体的能力之间的折衷。
13、最后，根据本专利技术的反应器的第三特征，所述电源适于根据电压符号惯例(voltage sign convention)在反应器的操作期间在反应器的活性区内部递送交替地为正和负的电压脉冲，所述电压脉冲具有适于在气体流中产生放电的每一脉冲的电压的最大绝对值，所述电压符号惯例对应于减去外部电极的电势的内部电极的电势。由于正脉冲与负脉冲之间的交替，可在由介电材料制成的每一管状管道的内表面上累积的电荷可被中和。等离子体反应器因此可具有稳定的连续操作，其中每一传播放电在反应器的活性区中平行于中心轴线显著延伸。每一管状管道中的等离子体接着可占据活性区的显著的长度区段，同时所述等离子体占据此长度区段中的管状管道的所有或几乎所有横截面积。换句话说，本专利技术的反应器允许等离子体与含有反应物的气体流之间的稳定的体积接触或三维接触。因此可获得提高的转化率值。
14、接着，应理解，如外部电极所产生的管状管道的外表面的纵向区段中的均匀的电势意指管状管道的外表面的纵向区段内部的所呈现的空间变化小于每一脉冲的瞬时电压的绝对最大值的10％的电势。尤其在每一脉冲的开始之前满足电势的空间变化的此上限。此上限与外部电极的各种几何配置，以及作为此外部电极的可能的组成部分的各种导电材料兼容。具体来说，其与由碳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于激发气相化学反应的介质阻挡放电等离子体反应器(1)，其包括：
2.根据权利要求1所述的反应器(1)，其进一步包括放置在所述管状管道(11)内部的催化剂(14)。
3.根据权利要求1或2所述的反应器(1)，其特征在于，所述电源(4)适于在所述反应器的所述操作期间产生频率在1Hz与100kHz之间的电压脉冲(U)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，其特征在于，在所述活性区(10a)的所述上游边界(10am)与所述内部电极(13)的所述尖端之间平行于所述中心轴线(A-A)所测量，所述活性区内部的所述内部电极的长度小于2mm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，其特征在于，所述内部电极(13)由金属丝的区段组成，例如钨丝或钢丝，所述金属丝具有在50μm与400μm之间的丝直径。
6.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，其特征在于，平行于所述中心轴线(A-A)所测量，所述活性区(10a)的长度(La)在1mm与500mm之间，优选地在50mm与200mm之间。
7.根据
8.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，其特征在于，所述外部电极(12)在所述活性区(10a)中具有以下形式中的一个：缠绕在所述管状管道(11)周围的导电材料丝、在接触所述管状管道的所述外表面的同时环绕所述管状管道的导电材料护套、接触所述管状管道的所述外表面的一个或多个平面金属表面。
9.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，其包括并联布置以便同时引导相应的气体流(F)的若干管状管道(11)，所述相应的气体流各自含有所述反应物，每一管状管道具有相应的内部电极(13)和相应的外部电极(12)，或具有由若干所述管状管道共享的外部电极的相应部分，具有对应的内部电极和外部电极或外部电极部分的每一管状管道满足特征/i/到/iv/，且所述电源(4)连接于一方面所有所述内部电极与另一方面所有所述外部电极或共享的外部电极之间，
10.一种用于实施气相化学反应的方法，所述方法使用根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)来实行，以激发所述化学反应。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在以下各者之间选择所述化学反应：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于激发气相化学反应的介质阻挡放电等离子体反应器(1)，其包括：
2.根据权利要求1所述的反应器(1)，其进一步包括放置在所述管状管道(11)内部的催化剂(14)。
3.根据权利要求1或2所述的反应器(1)，其特征在于，所述电源(4)适于在所述反应器的所述操作期间产生频率在1hz与100khz之间的电压脉冲(u)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，其特征在于，在所述活性区(10a)的所述上游边界(10am)与所述内部电极(13)的所述尖端之间平行于所述中心轴线(a-a)所测量，所述活性区内部的所述内部电极的长度小于2mm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，其特征在于，所述内部电极(13)由金属丝的区段组成，例如钨丝或钢丝，所述金属丝具有在50μm与400μm之间的丝直径。
6.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，其特征在于，平行于所述中心轴线(a-a)所测量，所述活性区(10a)的长度(la)在1mm与500mm之间，优选地在50mm与200mm之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，其特征在于，垂直于所述中心轴线(a-a)...
【专利技术属性】
技术研发人员：保尔昆廷·伊利阿斯，拉多斯洛·戴贝克，玛丽阿·埃莱娜·加尔维兹，
申请(专利权)人：国家航空航天研究所，
类型：发明
国别省市：
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