CN1172884C - 多尖端的多个圆盘旋转电极的等离子体放电反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多尖端的多个圆盘旋转电极的等离子体放电反应器。该反应器主要由筒形壳体，其内的筒形固定电极和旋转电极所构成。其特征在于，旋转电极为一根金属圆柱，圆柱上固定连接同心圆的金属圆盘，圆盘边缘上布满开设齿尖，金属圆柱的上端伸出反应器外，并通过绝缘杆与驱动机构相连。它的下端与设置在壳体内下部的金属底座的转动槽连接。该金属底座所连接的外伸金属杆与高压电源一端相连。筒形的固定电极与旋转电极上的金属圆盘保持同心设置。本发明与现有的等离子体放电反应器相比，具有转化率、收率高以及积碳少的特点。甲烷单程转化率可达55～75%，C2烃单程收率可达45～70%，C2烃选择性可达95%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种多尖端的多个圆盘旋转电极的等离子体放电反应器。属于等离子体放电反应器的创新技术，
背景技术
随着石油资源的日趋短缺，人们对世界大储量能源天然气的开发利用越来越重视。甲烷(CH4)是天然气的主要成份。由于CH4分子具有很高的稳定性，用CH4直接偶联制C2烃(乙烷，乙烯，乙炔)在热力学上是十分不利的，采用常规催化手段直接偶联一直未取得突破性进展，而等离子体放电反应对于CH4偶联是一种非常有效的方法，近年来已成为物理化学跨学科前沿研究热点。等离子体放电反应器是等离子体状态下CH4偶联的关键技术，该反应器的电极又是关键部件。现有等离子体放电反应器的电极大多是由上尖端与下平板式构成的固定电极，这种电极由于放电区域电场能量分布不均匀，局部能量密度过大，在反应器内形成大量积碳，以至于无法连续操作。并且因为其反应气体流动方向与电场方向平行，只有部分反应气体通过反应区，能量利用率很低。最近报道一种上刀刃旋转电极与下平板固定电极的等离子体反应器，它的电极放电是在刀刃上游式的放电，而不是在整个刀刃上放电，因而放电是一个狭窄的局部区域放电，而且这个局部区域放电总是沿着刀刃不停地移动，其实际效果仍相当于上尖端与下平板结构的固定电极的放电，放电时仍然会形成大量积碳而不能连续操作。并且其CH4单程转化率最高只有22.5％，相应C2烃收率只有15.2％。它们都难以实现工业化。
发明内容
本发明的目的在于提出一种多尖端的多个圆盘旋转电极的等离子体放电反应器。该反应器具有CH4单程转化率及C2烃单程收率高，能耗较低，而且积碳少的特点。
为了达到上述目的，本发明是通过下述技术方案加以实现的：主要由绝缘筒形壳体，壳体内设一个筒形固定电极，以及一个由驱动机构带动的其上有4个以上尖端齿的至少两个圆盘的旋转电极所构成，其特征在于：旋转电极为一根金属圆柱，圆柱上固定连接同心圆的金属圆盘，圆盘边缘上开设齿尖，金属圆柱的上端伸出反应器外，并通过绝缘杆与驱动机构相连，它的下端与设置在壳体内下部的金属底座的转动槽连接，该金属底座所连接的外伸金属杆与高压电源一端相连。筒形的固定电极与旋转电极上的金属圆盘保持同心设置，并且二者环形间隙是2-500mm。
上述的金属圆柱与其上的金属圆盘的材料是铜、钛、不锈钢、铜合金或钛合金。
本发明与现有的等离子体放电反应器相比，具有转化率、收率高以及积碳少的特点。甲烷单程转化率可达55～75％，C2烃单程收率可达45～70％，C2烃选择性可达95％以上。
附图说明
附图为本发明的结构示意图
图中1为旋转电极的绝缘接头，2，8为壳体的密封盖，3为壳体，4为固定电极的引出端，5为尾气出口，6为旋转电极的金属底座，7为金属底座的伸出端，9为多尖端金属圆盘，10为反应气入口。
具体实施方式
结合附图对本发明说明如下：图中反应器绝缘壳体内径为11～1010mm，壳体内旋转电极柱上的多个联体同心圆盘的间距为10mm以上，柱直径3～50mm，圆盘直径5～10mm，厚度1～5mm，圆盘边缘上开有多个齿尖，齿高1～20mm，齿数4个以上。实验流程主要包括气体流量控制，电极旋转控制，高压电源，数字示波器及气相色谱分析五部分。反应气体CH4及H2的流量分两路通过质量流量控制器并由流量显示仪显示、混合后，相继进入气相色谱仪和反应器。反应过程中，反应气体几乎全部连续通过放电区。高压电源采用自行研制的交直流两用型，工作频率20kHz，输出功率在0～300w之间连续可调。当气相色谱分析显示进入反应器的气体纯度达到98％以上时，打开转动电极控制电源以及高压电源，通过调压器由低向高逐渐升高电压，当通以交流或直流电压达到气体击穿电压时，反应气体开始放电，放电现象为垂直流过电场方向的反应气体在两极之间形成均匀明亮的环形等离子体反应区。放电时无噪声。反应尾气经六通阀取样，用上海分析仪器厂生产的102型气相色谱仪作在线TCD定性及定量分析，使用GDX-502(60-80目)色谱柱(不锈钢盘管Φ2×4000)以及C-R3A色谱数据处理器给出色谱图。色谱操作条件：载气H2(＞99％)，柱前压1.5kPa，桥电流150mA，柱温及检测温度313K。当甲烷与氢气进料摩尔比为1∶1、输入功率为50～90w时，甲烷平均单程转化率为65％，C2烃平均单程收率为63％。在上述甲烷与氢气进料摩尔比条件下，改变进料流率为40～120ml/min，而输入功率改变范围在86～90w，相应的甲烷平均单程转化率为53～74％，C2烃平均单程收率为53～70％。
Claims (2)
1.一种多尖端的多个圆盘旋转电极的等离子体放电反应器，该反应器主要由绝缘筒形壳体，壳体内设一个筒形固定电极，以及一个由驱动机构带动的其上有4个以上尖端齿的至少两个圆盘的旋转电极所构成，其特征在于：旋转电极为一根金属圆柱，圆柱上固定连接同心圆的金属圆盘，圆盘边缘上开设齿尖，金属圆柱的上端伸出反应器外，并通过绝缘杆与驱动机构相连，它的下端与设置在壳体内下部的金属底座的转动槽连接，该金属底座所连接的外伸金属杆与高压电源一端相连；筒形的固定电极与旋转电极上的金属圆盘保持同心设置，并且二者环形间隙是2-500mm。
2.按权利要求1所述的多尖端的多个圆盘旋转电极的等离子体放电反应器，其特征在于：金属圆柱与其上的金属圆盘的材料是铜、钛、不锈钢、铜合金或钛合金。
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