DD242007A1

DD242007A1 - Reaktor zur effektiveren stoffumsetzung im nichtthermischen plasma

Info

Publication number: DD242007A1
Application number: DD28233385A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Mach; Helmut Drost; Juergen Rutkowsky; Ulrich Timm
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1985-11-01
Filing date: 1985-11-01
Publication date: 1987-01-14

Abstract

Die Erfindung stellt ein neues Reaktorprinzip dar, durch dessen Anwendung die Selektivitaet und/oder Produktausbeute bei Stoffsynthesen im nichtthermischen Plasma erhoeht werden koennen. Das wird erreicht durch das Belegen der Reaktorwaende mit einer adsorptiven Schicht (Zeosorb), wodurch die Konzentration von einer oder mehreren Reaktionskomponenten an den Plasmagrenzflaechen erhoeht wird. Durch die als Folge der Stimulierung von Grenzflaechenreaktionen erreichte Verbesserung der Stoffwandlungsparameter ergeben sich guenstigere Voraussetzungen fuer die technische Nutzung des nichtthermischen Plasmas zur chemischen Stoffwandlung.

Description

Wird mit diesem Reaktor ein Gemisch ausCH₄(CH₄-Durchfluß0,5l/h) und H₂O umgesetzt (Entladungsbedingungen: I 10OmA, U 1 kV, ρ 300Pa), so bewirkt die Belegung der Reaktorwände mit dem Zeosorb 13XaIs adsorptiver Schicht eine Erhöhung des Umsetzungsgrades von CH₄ zu verschiedenen Aufbauprodukten. Unter den angegebenen Bedingungen steigt der Umsetzungsgrad (für Umsetzung bei Belegung gegenüber Umsetzung im Reaktor ohne Belegung der Reaktorwand mit adsorptiver Schicht) um folgende Faktoren:

C₂H₂-5,0; C₂H₄-10,0; C₂H₆-4,6; C₃H₈-14,2 und CH₃OH-2,0.

Claims

Patentansprüche:

1. Reaktor zur Synthese von Stoffen mittels eines nichtthermischen Plasmas, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder alle Plasmagrenzflächen mit einer adsorptiven Schicht belegt sind.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma durch eine Glimmentladung erzeugt wird.

3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma durch eine Barrierenentladung erzeugt wird.

4. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma durch eine stille Entladung erzeugt wird.

5. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma durch eine HF-Entladung erzeugt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Reaktorprinzip ist anwendbar bei Stoffsynthesen im nichtthermischen Plasma, bei denen die Reaktionen eine zu geringe Ausbeute liefern, bzw. wo die Reaktionen nicht ausreichend selektiv sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine elektrische nichtthermische Entladung bietet wegen der Spezifik der nichtthermischen Reaktantenaktivierung günstige Voraussetzungen für den Einsatz zur Stoffumwandlung bzw. die Synthese bestimmter Produkte sowohl in stoffmäßiger als auch in ernergetischer Hinsicht. Entsprechend gibt es eine Vielzahl von Stoffsynthesen, die bisher unter Einsatz einer nichtthermischen Entladung realisiert werden konnten. Hauptnachteil bei dertechnischen Nutzung von Stoffsynthesen unter nichtthermischen Aktivierungsbedingungen ist die geringe Produktselektivität — es fallen von einer Ausgangssubstanz je nach deren Komplexität zu viele Produkte mit zu geringer Ausbeute an—,so daß die technische Nutzung des nichtthermischen Plasmas zur Stoffwandlung trotz des günstigen verfahrenstechnischen Schemas bisher auf wenige Verbindungen beschränkt blieb.

Die bisher bekannten Reaktortypen zur Stoffwandlung im nichtthermischen Plasma zeichnen sich neben den Gesichtspunkten von Reaktorgeometrie, Strömungstechnik und/oder Elektrodenanordnung dadurch aus, daß der chemischen Aktivität der Grenzflächen keine Bedeutung beigemessen wird. (Autorenkollektiv, Plasmatechnik, Leipzig, 1983; H.Drost, Plasmachemie, Berlin, 1978; H.Suhr, Plasma Chemistry Plasma Processing 3,1983,1 bis 61). Es sind bisher keine Verfahren, Untersuchungen und/oder Vorstellungen bekannt, die die Eigenschaften adsorbierender Schichten zur Steuerung der Produktsynthese im nichtthermischen Plasma nutzen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist, das Reaktionsgeschehen in einem nichtthermischen Plasma so zu beeinflussen, daß die Reaktionen zur Bildung der Zielprodukte mit einem höheren Umsetzungsgrad und/oder einer höheren Selektivität ablaufen, indem die Konzentration mindestens eines Reaktionspartners auf den Plasmagrenzflächen erhöht wird.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch eine spezifische Reaktorwandgestaltung zu erreichen, daß bei Stoffwandlungen im nichtthermischen Plasma gleichzeitig sowohl der Anteil der Grenzflächenreaktionen erhöht wird und eine oder mehrere Reaktionskomponenten an den Reaktorwänden bzw. Plasmagrenzflächen in erhöhter Konzentration vorliegen.

Merkmale der Erfindung

Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die der Entladung zugewandte Seite der Reaktorwände mit einer adsorbierenden Schicht (z. B. Zeolith) belegt ist. Vor und/oder während des Brennens der Entladung werden dem Reaktor die Ausgangsstoffe zugeführt. Durch die selektive Adsorption des Zeolithen reichern sich in diesem bestimmte Reaktionspartner (Ausgangsstoffe und/oder Zwischenprodukte) an. Infolge der stark vergrößerten Plasmagrenzflächen und der hohen Beladungsdichte von bestimmten Spezies an den Wänden wird die Synthese bevorzugt in die Richtung gelenkt, an der die Spezies der Wandbelegung beteiligt sind.

Unter den angegebenen Bedingungen ist die Synthese von Produkten zu realisieren, die üblicherweise weitab von Normalbedingungen (z. B. hoher Druck, hohe Temperatur) erzeugt werden.

Ausf Uhrungsbeispiel

Der Reaktor besteht aus dem Reaktionsraum 1, der mit einer adsorptiven Schicht 4 belegt ist. Zwischen Anode 2 und Katode 3 brennt eine Glimmentladung. Die Reaktionskomponenten werden durch die Zuführungen 5 und 6 in den Reaktor eingelassen. Über den Pumpanschluß 9 werden im Reaktor Durchflußbedingungen aufrechterhalten. Die Reaktionsprodukte werden in der Kühlfalle 7 ausgefroren, die sich in dem mit flüssigem Stickstoff gefüllten Dewargefäß 8 befindet.