BE1030332B1

BE1030332B1 - Reactor en gebruik van een reactor voor het omzetten van chemische verbindingen in materialen, gassen of energie

Info

Publication number: BE1030332B1
Application number: BE20225171A
Authority: BE
Inventors: David Ziegler; Gill Scheltjens; Georgi Trenchev
Original assignee: D Crbn Bv
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-10-09
Also published as: BE1030332A1; WO2023170253A1

Abstract

De huidige uitvinding heeft betrekking op een reactormodule voor het omzetten van chemische verbindingen in materialen, gassen of energie, waarbij de reactormodule geschikt is voor axiale stapeling, bestaande uit: een of meer reactiekamers, een of meer uitlaatkanalen, en een of meer stroomkanalen voor het geleiden van een stroom van reactorgas dat chemische verbindingen bevat, waarin, bovengenoemd stroomkanaal met een of meer reactiekamers is verbonden door een tangentieel kanaal, waarin bovengenoemd tangentieel kanaal met de reactiekamer is verbonden tangentieel aan zijn cirkelvormige dwarsdoorsnede, en waarin bovengenoemd tangentieel kanaal geschikt is om de stroom van reactorgas of een deel van de stroom van reactorgas in de reactiekamer te leiden. De uitvinding heeft ook betrekking op een reactorstapel bestaande uit twee of meer voornoemde axiaal gestapelde reactormodules. De uitvinding heeft ook betrekking op het gebruik van bovengenoemde module of een stapel van modules voor gasconversie.

Description

1 BE2022/5171

REACTOR EN GEBRUIK VAN EEN REACTOR VOOR HET OMZETTEN VAN

CHEMISCHE VERBINDINGEN IN MATERIALEN, GASSEN OF ENERGIE

GEBIED VAN DE UITVINDING

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een reactormodule voor de omzetting van chemische verbindingen in materialen, gassen of energie.

In een tweede aspect heeft de uitvinding ook betrekking op een reactorstapel bestaande uit twee of meer axiaal gestapelde reactormodules.

In een ander aspect heeft de uitvinding ook betrekking op een gebruik van bovengenoemde module of reactorstapel voor gasconversie.

ACHTERGROND

Plasmareactoren, thermische reactoren of verbrandingskamers worden gebruikt om chemische verbindingen om te zetten in materialen, gassen of energie. Om aan de prestatiecriteria te voldoen, moeten deze toestellen op bepaalde punten worden geoptimaliseerd, hetgeen leidt tot complexe geometrische structuren en/of toevoeging van elementen zoals katalysatoren en co-reactanten. Door specifieke beperkingen kan lineaire schaalvergroting van deze toestellen of reactoren duur zijn of gewoon niet haalbaar.

Plasmareactoren zijn bekend, bijvoorbeeld uit US7919053B2. Deze bekende reactor is echter niet geschikt voor lineaire opschaling.

US20100258429 beschrijft een systeem dat gebruik maakt van thermische zonne- energie gekoppeld aan microgolven en plasma voor de productie van koolmonoxide (CO) en diwaterstof (Hz) uit koolstofhoudende verbindingen (biomassa, huishoudelijk afval, slib uit afvalwater, fossiele kolen), waarbij het verkregen gasvormige mengsel onder andere koolwaterstofbrandstoffen (olefinen, paraffine), esters en alcoholen oplevert via een Fischer-Tropsch-synthese.

US20150041454 beschrijft een plasmasysteem dat bestaat uit een plasmaboogtoorts, een cilindrische buis en een eductor.

De onderhavige uitvinding beoogt ten minste enkele van de hierboven vermelde problemen en nadelen op te lossen. Het doel van de uitvinding is een methode te

2 BE2022/5171 verschaffen die deze nadelen opheft. De onderhavige uitvinding beoogt ten minste één van de bovengenoemde nadelen op te lossen.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De onderhavige uitvinding en de belichamingen daarvan dienen om een oplossing te bieden voor een of meer van de bovengenoemde nadelen. Daartoe heeft de uitvinding betrekking op een reactormodule voor het omzetten van chemische verbindingen in materialen, gassen of energie volgens de eerste bewering.

Voorkeursuitvoeringen van het toestel worden getoond in een van de claims 2 tot en met 10.

In een tweede aspect heeft de uitvinding betrekking op een reactorstapel volgens conclusie 11.

De methode wordt bij voorkeur beschreven in een van de conclusies 11 tot en met 15.

In een derde aspect heeft de uitvinding betrekking op een gebruik van bovengenoemde reactormodule of reactorstapel voor gasconversie volgens conclusie 16.

De methode wordt bij voorkeur beschreven in een van de conclusies 16 tot en met 18.

Het is een hoofddoelstelling van de huidige uitvinding om bovengenoemde nadelen van de vroegere techniek te overwinnen door een reactorontwerp te verstrekken dat massale parallellisatie of serialisatie van meerdere reactoren mogelijk maakt die vortex-stroomstabilisatie, atmosferische plasmaontlading en/of een gemeenschappelijke katalysator/co-reactant delen. De reactormodule en reactorstapel maken een breed scala van configuraties mogelijk, met inbegrip van een combinatie van verschillende soorten reactoren, warmtewisselaars, gasscheiders, enz.

BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

De volgende nummering verwijst naar:

3 BE2022/5171 1 Reactormodule 2 Uitlaatkanaal 3 Stroomkanaal 4 Axiale richting 5 Reactiekamer 6 Radiale richting 7 Elektrode plug 8 Verbinding tussen reactiekamer en uitlaatkanaal 9 Tangentieel kanaal 10 Distale zijde van de reactormodule 11 Proximale zijde van reactormodule 12 Reactorstapel 13 Verbindend uitlaatkanaal 14 Verbindend stroomkanaal 15 Drukkamer 16 Reactief gas 17 Uitlaatproduct 18 Reactief gas 19 Binnenwand van drukkamer 20 Inwendig volume van drukkamer 21 Buitenwand van drukkamer 22 Draaibare schroef 23 Groeven van draaibare schroef 24 Isolatie ring 25 Drukkamer inlaat

De volgende beschrijving van de figuren van specifieke belichamingen van de uitvinding is louter exemplarisch van aard en is niet bedoeld om de huidige leringen, de toepassing of het gebruik ervan te beperken. In de tekeningen duiden overeenkomstige referentienummers op soortgelijke of overeenkomstige onderdelen en kenmerken.

Figuur 1 toont een perspectief van een reactormodule volgens een belichaming van de onderhavige uitvinding.

Figuur 2 toont een doorzichtige perspectiefweergave van een reactormodule volgens een belichaming van de onderhavige uitvinding.

Figuur 3 toont een vergrote weergave van een reactiekamer en een tangentieel kanaal volgens een belichaming van de onderhavige uitvinding.

4 BE2022/5171

Figuur 4 toont een transparant vergroot aanzicht van een reactiekamer en een tangentieel kanaal volgens een belichaming van de onderhavige uitvinding.

Figuur 5 toont de stroomsnelheidsstroomlijnen in een reactorstapel volgens een belichaming van de onderhavige uitvinding.

Figuur 6 toont een perspectief van een reactorstapel volgens een belichaming van de onderhavige uitvinding.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

Tenzij anders gedefinieerd, hebben alle termen die bij de onthulling van de uitvinding worden gebruikt, met inbegrip van technische en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals die algemeen wordt begrepen door iemand met kennis van zaken in de kunst waartoe deze uitvinding behoort. Bij wijze van verdere leidraad zijn begripsdefinities opgenomen om de leer van de onderhavige uitvinding beter te kunnen waarderen.

In deze tekst hebben de volgende termen de volgende betekenis: “Een”, ”de” en “het” refereren in dit document aan zowel het enkelvoud als het meervoud tenzij de context duidelijk anders veronderstelt. Bijvoorbeeld, “een segment” betekent een of meer dan een segment.

Wanneer “ongeveer” of “rond” in dit document gebruikt wordt bij een meetbare grootheid, een parameter, een tijdsduur of moment, en dergelijke, dan worden variaties bedoeld van +/-20% of minder, bij voorkeur +/-10% of minder, meer bij voorkeur +/-5% of minder, nog meer bij voorkeur +/-1% of minder, en zelfs nog meer bij voorkeur +/-0.1% of minder dan en van de geciteerde waarde, voor zoverre zulke variaties van toepassing zijn in de beschreven uitvinding. Hier moet echter wel onder verstaan worden dat de waarde van de grootheid waarbij de term “ongeveer” of “rond” gebruikt wordt, zelf specifiek wordt bekendgemaakt.

De termen “omvatten”, “omvattende”, “bestaan uit”, “bestaande uit”, “voorzien van”, “bevatten”, “bevattende”, “behelzen”, “behelzende”, “inhouden”, “inhoudende” zijn synoniemen en zijn inclusieve of open termen die de aanwezigheid van wat volgt aanduiden, en die de aanwezigheid niet uitsluiten of beletten van andere componenten, kenmerken, elementen, leden, stappen, gekend uit of beschreven in de stand der techniek.

Verder worden de termen eerste, tweede, derde en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt om onderscheid te maken tussen gelijksoortige elementen en niet noodzakelijkerwijs om een opeenvolgende of chronologische volgorde te beschrijven, tenzij dit nader wordt aangegeven. Het is wel te verstaan dat de aldus 5 gebruikte termen onder passende omstandigheden onderling verwisselbaar zijn en dat de hierin beschreven belichamingen van de uitvinding ook in andere volgordes kunnen worden toegepast dan hierin beschreven of geïllustreerd.

De vermelding van numerieke bereiken per eindpunt omvat alle getallen en breuken die binnen dat bereik vallen, alsmede de vermelde eindpunten.

De uitdrukking "gewichtspercent", "gewichtsprocent", "% wt" of "wt%", hier en in de gehele beschrijving, tenzij anders gedefinieerd, verwijst naar het relatieve gewicht van het respectieve bestanddeel op basis van het totale gewicht van de formulering.

Terwijl de termen "een of meer" of "ten minste een", zoals een of meer of ten minste een lid (leden) van een groep leden, op zich duidelijk is, omvat de term, door middel van verdere exemplificatie, onder meer een verwijzing naar een van die leden, of naar twee of meer van die leden, zoals bijvoorbeeld een 23, 24, 25, 26 of >7 enz. van die leden, en zelfs naar alle genoemde leden.

Tenzij anders gedefinieerd, hebben alle termen die in de beschrijving van de uitvinding worden gebruikt, met inbegrip van technische en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals die algemeen wordt begrepen door iemand met gewone kennis van zaken in de kunst waartoe deze uitvinding behoort. Bij wijze van verdere leidraad zijn definities opgenomen voor de termen die in de beschrijving worden gebruikt om de leer van de onderhavige uitvinding beter te kunnen waarderen. De termen of definities die hierin worden gebruikt, worden uitsluitend gegeven om te helpen bij het begrijpen van de uitvinding.

Verwijzing in deze specificatie naar "een uitvoering" of "een uitvoering" betekent dat een bepaald kenmerk, een bepaalde structuur of een bepaald kenmerk dat in verband met de uitvoering wordt beschreven, in ten minste één uitvoering van de onderhavige uitvinding is opgenomen. De uitdrukkingen "in een belichaming" of "in een belichaming" die op verschillende plaatsen in deze specificatie voorkomen, verwijzen dus niet noodzakelijkerwijs allemaal naar dezelfde belichaming, maar kunnen wel allemaal betrekking hebben op dezelfde belichaming. Voorts kunnen de bijzondere eigenschappen, structuren of kenmerken op om het even welke geschikte

6 BE2022/5171 manier worden gecombineerd, zoals voor een deskundige uit deze onthulling zou blijken, in één of meer belichamingen. Voorts, terwijl sommige hierin beschreven belichamingen sommige maar niet andere eigenschappen omvatten die in andere belichamingen worden opgenomen, worden de combinaties van eigenschappen van verschillende belichamingen bedoeld om binnen het werkingsgebied van de uitvinding te zijn, en vormen verschillende belichamingen, zoals door die in de kunst zou worden begrepen. Bijvoorbeeld, in de volgende eisen, kan om het even welk van de geclaimde belichamingen in om het even welke combinatie worden gebruikt.

De uitdrukkingen "glijdende boog (Gliding Arc)", "gloeiontlading", "radiofrequentieplasma (RF)", "microgolfplasma (MW)", "inductief gekoppeld plasma (ICP)", “capacitief gekoppeld plasma (CCP)" en "diëlektrische barrièreontlading (DBD)", zoals gebruikt in de tekst, verwijzen naar middelen voor het genereren van plasma zoals zou worden begrepen door mensen in de kunst.

In een eerste aspect heeft de uitvinding betrekking op een reactormodule voor de omzetting van chemische verbindingen in materialen, gassen of energie, waarbij de reactormodule geschikt is voor axiale stapeling.

In een bijzonder geprefereerde uitvoering van de uitvinding bestaat de reactormodule uit: - een of meer reactiekamers, waarbij de reactiekamer een cilindrische vorm heeft die wordt gekenmerkt door een cirkelvormige dwarsdoorsnede; - één of meer uitlaatkanalen, waarbij de uitlaatkanalen zich in axiale richting uitstrekken; - een of meer stroomkanalen voor het geleiden van een stroom reactorgas dat chemische verbindingen bevat, waarbij de stroomkanalen zich in axiale richting uitstrekken;

In deze uitvoering van de uitvinding is het stroomkanaal verbonden met één of meer reactiekamers door een tangentieel kanaal, waarin het tangentiële kanaal is verbonden met de reactiekamer tangentieel aan zijn cirkelvormige doorsnede, en waarin het tangentiële kanaal geschikt is om de stroom van reactorgas of een deel van de stroom van reactorgas naar de reactiekamer te leiden.

Het tangentiële stroomkanaal is geschikt als wervelgenerator voor de gasstroom.

Het tangentiële kanaal zorgt ervoor dat het gas tangentieel de ontladingskamer

7 BE2022/5171 binnenkomt, waar het een voorwaarts of een achterwaarts wervelstroompatroon vormt. Het is bekend dat dit patroon de efficiëntie en de stabiliteit van de ontlading verbetert.

Deze reactormodule heeft een cilindrische vorm, gekenmerkt door een cirkelvormige doorsnede, bij voorkeur met een diameter van 50-1000 mm, meer bij voorkeur met een diameter van 100-500 mm, nog meer bij voorkeur met een diameter van 150- 200 mm.

Dit uitlaatkanaal kan een cilindrische vorm hebben, gekenmerkt door een cirkelvormige dwarsdoorsnede met een diameter van 20-200 mm, bij voorkeur 50- 70 mm, meer bij voorkeur 55-65 mm.

Deze reactiekamer kan een cilindrische vorm hebben, gekenmerkt door een cirkelvormige doorsnede met een diameter van 3-100 mm, bij voorkeur 5-50 mm, nog meer bij voorkeur 6-8 mm.

Bij voorkeur heeft de reactiekamer een lengte van 5-150 mm, bij voorkeur 10-100 mm, bij voorkeur 15-30 mm.

In een voorkeursbelichaming van de uitvinding zijn de een of meer reactiekamers verbonden met een uitlaatkanaal, waarbij dat uitlaatkanaal bij voorkeur in het midden van de reactormodule is geplaatst, en bij voorkeur zijn die reactiekamer en dat uitlaatkanaal loodrecht op elkaar gepositioneerd.

In een voorkeursbelichaming van de uitvinding zijn de een of meer reactiekamers radiaal georiënteerd onder een hoek van 360/n graden ten opzichte van elkaar, waarin n het aantal reactiekamers is, bij voorkeur n een even aantal.

In een voorkeursgeval van de uitvinding bestaat de reactormodule uit 2, 3, 4, 5 of 6 reactiekamers, bij voorkeur 2, 4 of 6 reactiekamers, bij voorkeur 4 reactiekamers.

In een meer geprefereerde uitvoering van de uitvinding bestaat de reactormodule uit 4 reactiekamers, waarbij de reactiekamers radiaal in een hoek van 90 graden ten opzichte van elkaar zijn georiënteerd.

In een belichaming van de uitvinding kunnen de reactiekamers naar boven of naar beneden worden gekanteld ten opzichte van de radiale doorsnede van de

8 BE2022/5171 reactormodule, onder een hoek van -90 tot 90 graden, bij voorkeur -45 tot 45 graden.

In een voorkeursbelichaming van de uitvinding, worden de reactiekamers voorzien van een geïsoleerde elektrodeplug geschikt voor het drijven van de reactiekamer door verbranding, chemische reacties of plasmageneratie, bij voorkeur worden de geïsoleerde elektrodepluggen gericht met de as van de cilindrische reactiekamer.

In een voorkeursbelichaming van de uitvinding is elke reactiekamer verbonden met één stroomkanaal, waarbij elk stroomkanaal is verbonden met één reactiekamer, en bij voorkeur staan genoemd stroomkanaal en genoemde reactiekamer loodrecht op elkaar.

In een voorkeursinstelling van de uitvinding bevatten de reactiekamers plasmagenererende middelen, die worden gekozen uit de lijst van: - glijdende boog (Gliding Arc) - gloeiontlading - radiofreguent plasma (RF) - microgolf-plasma (MW) - inductief gekoppeld plasma (ICP) - capacitief gekoppeld plasma (COP) - diëlektrische barrière-ontlading (DBD).

In een meer geprefereerde uitvoering van de uitvinding bevatten de reactiekamers plasmagenererende middelen, die worden gekozen uit een lijst van: - glijdende boog (Gliding Arc) - gloeiontlading - radiofrequent plasma (RF) - microgolfplasma (MW).

In een nog meer geprefereerde uitvoering van de uitvinding bevatten de reactiekamers plasmagenererende middelen, die een glijdende boog (Gliding Arc) zijn.

In een voorkeursinstelling van de uitvinding omvat de reactormodule verder een of meer warmtewisselaars, bij voorkeur een of meer warmtewisselingsbuizen die geschikt zijn voor werking met gas of vloeistof.

9 BE2022/5171

In een andere voorkeursvorm van de uitvinding is de warmtewisselaar een koellichaam dat geschikt is voor convectie (vrijstromend) of geforceerde koeling.

Bij voorkeur verbindt het stroomkanaal de distale zijde van de reactormodule met de proximale zijde van de reactormodule; bij voorkeur lopen de stroomkanalen in axiale richting.

Bij voorkeur verbindt het stroomkanaal de distale zijde van de reactormodule met de proximale zijde van de reactormodule; bij voorkeur lopen de stroomkanalen in axiale richting, parallel aan het uitlaatkanaal.

In een voorkeursinstelling van de uitvinding omvat de reactormodule verder een drukkamer, die aan de distale zijde van de reactormodule is gemonteerd en die met de een of meer reactiekamers is verbonden door een stroomkanaal en een tangentieel kanaal, geschikt voor het verdelen van de stroom van reactorgas naar de tangentiële kanalen.

De drukkamer is geschikt als gasinvoer naar een van de stroomkanalen tangentiële kanalen en reactiekamers.

De reactormodule is vervaardigd van elk geschikt materiaal, zoals metalen, kunststoffen en keramiek; bij voorkeur is de reactormodule vervaardigd van hogetemperatuurstaal. Als alternatief kan de reactormodule worden vervaardigd van een combinatie van materialen.

De elektrodeplug kan worden vervaardigd uit glas, PTFE en keramiek. Zo wordt een hoge mate van elektrische isolatie bereikt.

In een tweede aspect heeft de uitvinding betrekking op een reactorstapel bestaande uit twee of meer voornoemde axiaal gestapelde reactormodules.

In een bijzonder geprefereerde uitvoering van de uitvinding zijn de stroomkanalen en de uitlaatkanalen tussen de reactormodules uitgelijnd, zodat een onderling verbonden uitlaatkanaal en onderling verbonden stroomkanalen worden gevormd.

In een voorkeursinstelling van de uitvinding bestaat de reactorstapel uit twee of meer identieke, voornoemde axiaal gestapelde reactormodules.

10 BE2022/5171

In een voorkeursuitvoering van de uitvinding is de stapel reactormodules uitgerust met één drukkamer die geschikt is voor het verdelen van de stroom reactorgas naar elke reactiekamer in de stapel reactormodules.

In deze uitvoering is de drukkamer axiaal gestapeld aan de distale of proximale zijde van de stapel reactormodules, bij voorkeur aan de distale zijde van de stapel.

In een andere uitvoering van de uitvinding kunnen voor elk verbindingskanaal afzonderlijke drukkamers worden voorzien.

In een belichaming van de uitvinding is het verbindende uitlaatkanaal voorzien van een transportmechanisme, zoals, maar niet beperkt tot, een draaibare schroef, een transportband of een verticale silo die geschikt is voor de toevoer van katalysatoren of reactanten in vaste en/of vloeibare toestand naar de schoorsteen; meer bij voorkeur is het verbindende uitlaatkanaal voorzien van een draaibare schroef.

Een transportmechanisme kan katalysatoren of andere co-reactanten naar de reactorstapel transporteren, aangezien dit direct contact met het actieve plasma en/of de vlam mogelijk maakt. Een draaiende schroef kan vast materiaal in het reactorlichaam brengen met een regelbare snelheid. Bovendien kan dit materiaal vloeibaar zijn, of een bepaald mengsel van beide. Op deze wijze kan een uniforme katalysatorbehandeling worden bereikt, alsmede een continue toevoer. Bovendien is het gebruik van een schroefconfiguratie gunstig voor het beheer van gaslekken.

In een andere belichaming van de uitvinding is het tussenliggende uitlaatkanaal voorzien van een warmtewisselaar. In deze belichaming is de warmtewisselaar geschikt voor het beheer van de warmteterugwinning van de reactorstapel.

In een voorkeursvorm van de uitvinding bestaat de reactorstapel uit maximaal 35 reactormodules, bij voorkeur maximaal 30 reactormodules, en nog meer bij voorkeur 20 reactormodules. Dit aantal reactormodules maakt convectie of convectiekoeling mogelijk, waardoor minder energie nodig is om de reactorstapel te koelen.

In een andere voorkeursvorm van de uitvinding omvat de reactorstapel tussen 30 en 1000 reactormodules, bij voorkeur tussen 50 en 500 reactormodules, en nog meer tussen 50 en 100 reactormodules. Dit aantal reactormodules maakt het mogelijk grote volumes te verwerken en de conversie te verhogen.

11 BE2022/5171

In een derde aspect heeft de uitvinding betrekking op een gebruik van bovengenoemde reactormodule of bovengenoemde stapel modules voor gasconversie.

Bij voorkeur kan het gas rookgas zijn, afvalgas van verbranding, CO», CO, CH4, Hz, en/of een combinatie daarvan, met inbegrip van onzuiverheden zoals Ha © en SO».

In een meer preferente belichaming van de uitvinding bestaat het gas uit meer dan 98 gewichtspercenten CO2. In een andere voorkeursbelichaming van de uitvinding bestaat het gas uit CO» en CH4 in een gewichtsverhouding van ten hoogste 4/1, bij voorkeur ten hoogste 3/1, bij voorkeur ten hoogste 2/1, en bij voorkeur ten hoogste 1/1. In een andere voorkeursbelichaming van de uitvinding bestaat het gas uit CO» en CH4 in een gewichtsverhouding van ten minste 1/4, meer bij voorkeur ten minste 1/3, meer bij voorkeur ten minste 1/2, meer bij voorkeur ten minste 1/1. In een andere belichaming bestaat het gas uit CO» en CHa in een verhouding tussen 4/1 en 1/4, bij voorkeur in een verhouding tussen 3/1 en 1/3, bij voorkeur in een verhouding tussen 2/1 en 1/2, en bij voorkeur in een verhouding van ongeveer 1/1.

In een voorkeursbelichaming van de uitvinding vindt de gasconversie plaats door plasmavorming in de een of meer reactiekamers.

In een bijzonder geprefereerde belichaming bestaat het gas uit CO».

In deze uitvoering van de uitvinding wordt het plasma opgewekt met een plasmagenerator, gekozen uit een lijst van: - glijdende boog (Gliding Arc) - gloeiontlading - radiofrequent plasma (RF) - microgolf-plasma (MW) - inductief gekoppeld plasma (ICP) - capacitief gekoppeld plasma (CCP) - diëlectrische barrière-ontlading (DBD).

Bij voorkeur wordt het plasma opgewekt met een plasmagenerator, gekozen uit een lijst van: - glijdende boog (Gliding Arc) - gloeiontlading

12 BE2022/5171 - radiofrequent plasma (RF) - microgolfplasma (MW).

Meer bij voorkeur wordt het plasma opgewekt met een plasmagenerator, die een glijdende boog (Gliding Arc) is.

In een andere bijzonder geprefereerde belichaming bestaat het gas uit CHa.

In deze uitvoering van de uitvinding wordt het plasma opgewekt met een plasmagenerator, gekozen uit een lijst van: - gloeiontlading - glijdende boog (Gliding Arc) - diëlectrische barrière-ontlading (DBD) - microgolf-plasma (MW) - radiofrequent plasma (RF) - inductief gekoppeld plasma (ICP) - capacitief gekoppeld plasma (CCP).

Bij voorkeur wordt het plasma opgewekt met een plasmagenerator, gekozen uit een lijst van: - gloeiontlading - glijdende boog (Gliding Arc) - diëlectrische barrière-ontlading (DBD) - microgolfplasma (MW).

Meer bij voorkeur wordt het plasma opgewekt met een plasmagenererend middel, dat een gloeiontlading is.

In deze belichaming bestaat het gas uit CH4 , waarbij het CH4 wordt omgezet in syngas en/of Ha .

In een voorkeursinstelling van de uitvinding ligt de stroomsnelheid van het reactorgas in elke reactiekamer tussen 1 en 100 L/min, bij voorkeur tussen 10 en 30 L/min.

In een belichaming van de uitvinding kan elke reactormodule werken bij een vermogen van 0,1-100 kW, bij voorkeur kan elke reactormodule werken bij een

13 BE2022/5171 vermogen van 1-10 kW, en bij voorkeur kan elke reactormodule werken bij een vermogen van 1 kW.

Plasmageneratoren met glijdende boog (Gliding Arc) en gloeiontlading kunnen worden gevoed met wisselstroom-, wisselstroomgepulseerde, gelijkstroomgepulseerde en gelijkstroomvoedingen met een lineaire of schakelende conversietopologie.

DBD-, ICP-, RF- en MW-plasmageneratoren kunnen worden gevoed door middel van een vaste-stofgenerator gekoppeld aan een hoogfreguentversterker, of, als alternatief, door een magnetron (MW).

De uitvinding wordt verder beschreven aan de hand van de volgende niet-limiterende voorbeelden, die de uitvinding verder illustreren en niet bedoeld zijn om de reikwijdte van de uitvinding te beperken, noch zo moeten worden geïnterpreteerd.

VOORBEELDEN EN BESCHRIJVING VAN FIGUREN

Met als doel de eigenschappen van de uitvinding beter te illustreren wordt hieronder, bij wijze van voorbeeld en geenszins andere mogelijke toepassingen beperkend, een beschrijving gegeven van een aantal voorkeurstoepassingen van de methode voor het onderzoeken van de toestand van de specie die wordt gebruikt in een mechanische verbinding op basis van de uitvinding, waarin:

Figuur 5 toont een stroomberekening van een reactorstapel volgens een belichaming van de onderhavige uitvinding.

In een uitvoering van de onderhavige uitvinding heeft een reactormodule 1 een centraal uitlaatkanaal 2 en vier stroomkanalen 3, parallel aan het uitlaatkanaal 2.

14 BE2022/5171

Het uitlaatkanaal 2 en de stroomkanalen 3 strekken zich uit in de axiale richting 4.

De reactormodule 1 omvat vier reactiekamers 5, waarbij de reactiekamers 5 zich in de radiale richting 6 onder een hoek van negentig graden ten opzichte van elkaar uitstrekken. In elke reactiekamer 5 zijn de elektrodepluggen 7 uitgelijnd met de as van de cilindrische reactiekamer 5, die is uitgelijnd met de radiale richting 6 van de reactormodule 1. De elektrodepluggen 7 zijn geïsoleerd door een isolatiering 24 De reactiekamers 5 zijn verbonden 8 met het uitlaatkanaal 2. De reactiekamers 5 worden met de stroomkanalen verbonden door tangentiële kanalen 9, waarbij voornoemd tangentieel kanaal met de reactiekamer wordt verbonden tangentieel aan zijn cirkelvormige doorsnede. De stroomkanalen 3 verbinden de distale zijde 10 van de reactormodule met de proximale zijde 11 van de reactormodule.

In een uitvoering van de onderhavige uitvinding bestaat de reactorstapel 12 uit vijf axiaal gestapelde (volgens de axiale richting 4) reactormodules 1. Het uitlaatkanaal 2 en de stroomkanalen 3 van elke reactormodule 1 zijn uitgelijnd tussen de reactormodules 1, zodat een onderling verbindbaar uitlaatkanaal 13 en onderling verbindbare stroomkanalen 14 worden gevormd. De reactorstapel 12 is uitgerust met een drukkamer 15, die dient als gasinvoer voor de onderling verbonden stroomkanalen 14, geschikt voor het verdelen van de stroom van reactorgas 16 naar elke reactiekamer 5 in de reactorstapel 12.

In deze uitvoering is de drukkamer 15 axiaal gestapeld (volgens de axiale richting 4) op de distale zijde 10 van de meest distale reactormodule in de stapel reactormodules. De drukkamer 15 is donutvormig met een cilindrische opening 16, die een cirkelvormige dwarsdoorsnede heeft die even groot is als de cirkelvormige dwarsdoorsnede van het onderling verbonden uitlaatkanaal 13. Het verbindingsuitlaatkanaal 13 loopt dus axiaal 4 door de drukkamer 15, waarbij het uitlaatproduct 17 en het reactorgas 18 van elkaar worden gescheiden door de binnenwand 19 van de drukkamer 15. De drukkamer 15 heeft tussen de binnenwand 19 en de buitenwand 21 een binnenvolume 20, waarin het reactorgas 18 zich bevindt. Het genoemde binnenvolume 20 is verbonden met de vier met elkaar verbonden stroomkanalen 14. De drukkamer 15 heeft een drukkamerinlaat 25, waardoor het reactorgas wordt toegevoerd.

De reactormodules 1 in de reactorstapel 12 zijn axiaal gestapeld (volgens de axiale richting 4), waarbij de distale zijde 10 van een reactormodule verbonden is met de proximale zijde 11 van een aangrenzende reactormodule 1.

15 BE2022/5171

Het verbindingsuitlaatkanaal 13 is voorzien van een draaibare schroef 22, die bestaat uit groeven 23 die geschikt zijn om vaste of vloeibare reagentia of katalysatoren door het verbindingsuitlaatkanaal 13 te voeren.

In de figuren 5 en 6 zijn enkele onderdelen van de reactorstapel volgens een uitvoering van de onderhavige uitvinding verborgen om de figuren beter zichtbaar te maken.

De onderhavige uitvinding zal nu verder worden geïllustreerd aan de hand van het volgende voorbeeld. De uitvinding is op geen enkele wijze beperkt tot het gegeven voorbeeld of tot de in de figuren weergegeven belichamingen.

Voorbeeld 1: Berekening van de stroom van reactorgas en productgas.

Voorbeeld 1 verwijst naar een stromingsberekening die is uitgevoerd op een reactorstapel volgens een belichaming van de onderhavige uitvinding. Uit de resultaten blijkt dat de stroomsnelheid varieert tussen 5 en 30 m/s. Ook worden de wervelstromingslijnen in de reactiekamers berekend.

Het stromingspatroon laat de gasverdeling en de werveling in de reactiekamers zien.

Er wordt geen preferentiële stroming waargenomen bij een stapel van vijf, terwijl dit wel kan worden verwacht bij langere stapels. In dat geval moet de verticale kanaaldiameter worden vergroot.

Ter illustratie wordt verwezen naar figuur 5, die de stroomsnelheidslijnen toont die het resultaat zijn van de stromingsberekening van een reactorstapel volgens een belichaming van de onderhavige uitvinding.

De onderhavige uitvinding is op geen enkele wijze beperkt tot de in de voorbeelden beschreven en/of in de figuren getoonde belichamingen. Integendeel, methoden volgens de huidige uitvinding kunnen op vele verschillende manieren worden gerealiseerd zonder af te wijken van het toepassingsgebied van de uitvinding.

Claims

16 BE2022/5171 CONCLUSIES

1. Reactormodule voor het omzetten van chemische verbindingen in materialen, gassen of energie, waarbij de reactormodule geschikt is voor axiale stapeling, bestaande uit - een of meer reactiekamers, waarbij de reactiekamer een cilindrische vorm heeft die wordt gekenmerkt door een cirkelvormige dwarsdoorsnede, - een of meer uitlaatkanalen, waarbij de uitlaatkanalen zich in axiale richting uitstrekken, en - een of meer stroomkanalen voor het geleiden van een stroom reactorgas dat chemische verbindingen bevat, waarbij de stroomkanalen zich uitstrekken in de axiale richting, met het kenmerk, dat - genoemd stroomkanaal met een of meer reactiekamers verbonden is door een tangentieel kanaal, waarin dit tangentieel kanaal met de reactiekamer is verbonden tangentieel aan de cirkelvormige doorsnede ervan, en waarbij dit tangentieel kanaal geschikt is om de stroom van reactorgas of een deel van de stroom van reactorgas naar de reactiekamer te leiden.

2. Reactormodule volgens conclusie 1, waarbij de een of meer reactiekamers zijn verbonden met een uitlaatkanaal, waarbij dit uitlaatkanaal bij voorkeur in het centrum van de reactormodule is geplaatst, en waarbij deze reactiekamer en dit uitlaatkanaal bij voorkeur loodrecht op elkaar zijn gepositioneerd.

3. Reactormodule volgens conclusie 2, waarbij de reactiekamers radiaal georiënteerd zijn onder een hoek van 360/n graden ten opzichte van elkaar, waarbij n het aantal reactiekamers is.

4. Reactormodule volgens een van de voorgaande conclusies 1-3, waarbij de reactormodule bestaat uit 2, 3, 4, 5 of 6 reactiekamers, bij voorkeur 2, 4 of 6 reactiekamers, en meer bij voorkeur 4 reactiekamers.

5. Reactormodule volgens een van de voorgaande conclusies 1-4, waarbij de reactiekamers zijn voorzien van een geïsoleerde elektrodeplug die geschikt is om de reactiekamer aan te drijven door verbranding, chemische reacties of plasmaopwekking, bij voorkeur zijn de geïsoleerde elektrodepluggen uitgelijnd met de as van de cilindrische reactiekamer.

17 BE2022/5171

6. Reactormodule volgens een van de voorgaande conclusies 1-5, waarbij elke reactiekamer is verbonden met één stroomkanaal, waarbij elk stroomkanaal is verbonden met één reactiekamer, bij voorkeur staan het stroomkanaal en de reactiekamer loodrecht op elkaar.

7. Reactormodule volgens een van de voorgaande conclusies 1-6, waarin de reactiekamers plasmagenererende middelen bevatten, die worden gekozen uit de lijst van: - glijdende boog (Gliding Arc) - gloeiontlading - radiofrequent plasma (RF) - microgolf-plasma (MW) - inductief gekoppeld plasma (ICP) - capacitief gekoppeld plasma (CCP) - diëlektrische barrière-ontlading (DBD).

8. Reactormodule volgens een van de voorgaande conclusies 1-7, waarbij de reactormodule verder een of meer warmtewisselaars bevat, bij voorkeur een of meer warmtewisselingsbuizen die geschikt zijn voor werking met gas of vloeistof.

9. Reactormodule volgens een van de voorgaande conclusies 1-8, waarbij het stroomkanaal de distale zijde van de reactormodule verbindt met de proximale zijde van de reactormodule; bij voorkeur strekken de stroomkanalen zich uit in axiale richting.

10. Reactormodule volgens een van de voorgaande conclusies 1-9, waarbij de reactormodule voorts een drukkamer omvat, die aan de distale zijde van de reactormodule is gemonteerd en die met de een of meer reactiekamers is verbonden door een stroomkanaal en een tangentieel kanaal, geschikt voor het verdelen van de stroom reagensgas over de tangentiële kanalen.

11. Reactorstapel bestaande uit twee of meer axiaal gestapelde reactormodules volgens conclusie 1-9, waarbij de uitlaatkanalen en de stroomkanalen tussen de reactormodules zijn uitgeljnd, zodat een onderling verbonden uitlaatkanaal en onderling verbonden stroomkanalen worden gevormd.

18 BE2022/5171

12. Reactorstapel volgens conclusie 11, waarbij de stapel reactormodules is uitgerust met één drukkamer die geschikt is voor het verdelen van de stroom reactorgas naar elke reactiekamer in de stapel reactormodules.

13. Reactorstapel volgens conclusie 12, waarbij de drukkamer axiaal gestapeld is aan de distale of proximale zijde van de stapel reactormodules.

14. Reactorstapel volgens conclusie 11, 12 of 13, waarbij het tussenliggende uitlaatkanaal is voorzien van een transportmechanisme, zoals, maar niet beperkt tot, een draaibare schroef, een transportband of een verticale silo die geschikt is voor de toevoer van katalysatoren of reactanten in vaste en/of vloeibare toestand naar de stapel.

15. Reactorstapel volgens een van de conclusies 11-14, waarbij het tussenliggende uitlaatkanaal voorzien is van een warmtewisselaar.

16. Gebruik van een module volgens conclusie 1-10 of stapel modules volgens conclusie 11-15 voor gasconversie, waarbij het gas rookgas kan zijn, afvalgas van verbranding, CO», CO, CH4, Hs, en alle combinaties daarvan, met inbegrip van onzuiverheden zoals H2O en SO».

17. Gebruik volgens conclusie 16, waarbij de gasconversie wordt uitgevoerd door plasmavorming in de een of meer reactiekamers.

18. Gebruik volgens conclusie 16 of 17, waarbij de stroomsnelheid van het reactorgas in elke reactiekamer tussen 1 en 100 L/min ligt, bij voorkeur tussen 10 en 30 L/min.