ES2633493T3 - Reactor catalítico de lecho fluidizado que comprende un generador de plasma superficial - Google Patents

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Guilhem Roux
Laurent Bedel
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Abstract

Reactor catalítico de lecho fluidizado (10) que comprende: - una cámara (12) que comprende un conducto de entrada de gas (18) y un conducto de salida de gas (20); - un lecho catalítico (24) situado en la cámara (12) y que comprende un material catalizador adecuado para presentar una fase fluidizada bajo el efecto de un gas inyectado en la cámara (12) por el conducto de entrada (18); y - al menos un dispositivo de generación de plasma por descarga de barrera dieléctrica (26) situado en el lecho catalítico (24), siendo dicho dispositivo (26) adecuado para generar un plasma a partir del gas inyectado en la cámara (12) por el conducto de entrada (18), caracterizado: - por que dicho al menos un dispositivo de generación de plasma (26) comprende: - un elemento dieléctrico (28) situado en el lecho catalítico (24) y que comprende una primera y una segunda cara enfrentadas; y - un primer y un segundo electrodos (30, 40) montados de manera asimétrica respectivamente sobre la primera y la segunda caras del elemento dieléctrico (28), y adecuados para su conexión a una fuente de tensión (38); - y por que al menos uno del primer y segundo electrodos (30, 40) comprende un tubo adecuado para su conexión a un circuito de circulación de fluido.

Description

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DESCRIPCION
Reactor catalftico de lecho fluidizado que comprende un generador de plasma superficial Campo de la invencion
La invencion se refiere al campo de la catalisis heterogenea en un lecho fluidizado.
Estado de la tecnica
En la catalisis heterogenea, el catalizador esta presente en una fase diferente a la de los reactivos y productos obtenidos a partir de la reaccion catalftica, permitiendo de ese modo regenerar el catalizador de manera sencilla, y separar facilmente los productos de reaccion del catalizador.
Esta catalisis heterogenea se puede llevar a cabo en un « lecho fluidizado », que utiliza por ejemplo como catalizador un material de lecho solido granular que puede presentar propiedades similares a las de un ftquido o un gas, cuando se inyecta un gas por debajo del material con una velocidad superior a la de un umbral predeterminado. Un reactor catalftico de lecho fluidizado, o « FBR » (acronimo anglosajon de «fluidized bed reacteur»), tambien comprende una camara en la que un catalizador adquiere la forma de, o esta comprendido en, un lecho de material « fluidizable », normalmente designado con la expresion « lecho fluidizado ». La camara comprende un conducto de entrada para la inyeccion de los reactivos en forma gaseosa y un conducto de salida para la recuperacion de los productos de la catalisis. Los reactivos inyectados en forma gaseosa con una velocidad apropiada sobre el lecho catalftico entonces llevan a este ultimo a presentar una fase fluidizada, lo que permite la transferencia de masa y termica elevadas, y una homogeneidad termica de la zona de reaccion en la que se produce la reaccion catalftica. Para mas detalles con respecto a la catalisis heterogenea en lecho fluidizado, se podra hacer referencia por ejemplo al documento « Dehydrogentions in fluidized bed: catalysis and reactor engineering », de Domenic Sanfilippo, Catalysis Today, vol. 178, pp 142-150, 2011.
Por otra parte, independientemente del tipo de catalisis contemplado, la gestion termica de la fase catalftica en el caso de reacciones qmmicas exotermicas o endotermicas es un parametro fundamental para garantizar una tasa de conversion elevada y constante de la reaccion catalftica, para garantizar una selectividad constante en el caso de reacciones catalfticas simultaneas, y para limitar la desactivacion del catalizador.
Para reacciones ligeramente exotermicas o endotermicas en reactores catalfticos de pequena capacidad, el calor producido por la reaccion catalftica (o el calor necesario para la reaccion) se puede evacuar (alimentado respectivamente) a traves de las paredes del reactor, lo que generalmente es suficiente para mantener una temperatura uniforme en la zona de reaccion. Por el contrario, cuando las reacciones son altamente exotermicas o endotermicas (|AH°| > 100 kJ.mol'1), y/o cuando el reactor presenta una gran capacidad, normalmente es necesario tener en cuenta un dispositivo adicional para mantener la homogeneidad de la temperatura de dicha zona. Por ejemplo, en el contexto de reactores catalfticos de lecho fluidizado, a partir de los documentos CN 20238744 y CN 102513037, se conoce un serpentm que esta situado en el lecho fluidizado y conectado a un circuito de circulacion de fluido para el calentamiento o el enfriamiento de la zona catalftica.
Ademas se conoce el uso de plasma fno en catalisis heterogenea, en particular para la smtesis de productos qmmicos, tal como se describe por ejemplo en el documento « Plasma-assisted catalytic methanation of CO and CO2 over Ni-zeolite catalyst» de E. Jwa et al, Fuel Processing Technology, vol. 108, pp 89-93, 2013. La energfa proporcionada por el plasma promueve la activacion de las especies reactivas, en particular iones, radicales, electrones y especies excitadas. La aplicacion de un plasma en la proximidad de una fase catalftica permite una mejora de la eficacia de la reaccion qmmica a una temperatura dada o permite disminuir la temperatura de la reaccion para una tasa de conversion dada.
Entre las tecnologfas de plasmas fnos, la tecnologfa de descarga de barrera dielectrica, mas conocida bajo el acronimo anglosajon DBD (para « Discharge Barrier Dielectric »), consiste en aplicar una senal de corriente alterna o de pulsos entre dos electrodos, estando los electrodos separados por un sustrato dielectrico con el fin de evitar la formacion de un arco electrico. Los documentos « Surface modification of the nanoparticules by an atmospheric room-temperature plasma fluidized bed » de G. Chen et al, Applied Surface Science, vol. 254, pp 3915-3920, 2008 y KR 2004/0085168, describen por ejemplo un reactor catalftico de lecho fluidizado que incorpora la tecnologfa de plasma DBD denominados « volumetricos ». La pared del reactor es tubular, con una seccion circular, y realizada con material dielectrico, y en la pared exterior del reactor y en el centro del reactor se forman dos electrodos respectivamente. El electrodo central esta conectado a una fuente de corriente alterna de alta tension y el electrodo externo esta conectado a tierra. De ese modo, en el volumen interno del reactor entre el electrodo central y la pared del reactor se produce un plasma fno. Sin embargo, la tension necesaria para generar el plasma aumenta con la distancia que separa los electrodos y el grosor de la pared del reactor. Ademas, la separacion entre los electrodos depende en particular de la naturaleza de los gases, la naturaleza del sustrato dielectrico (en particular su rigidez dielectrica) y su grosor (normalmente de varios miftmetros), y la tension disponible aplicada al electrodo central. En la practica, la distancia entre electrodos se limita por lo tanto a una distancia inferior a un centfmetro de forma
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convencional, es dedr, varios miftmetros. Por lo tanto, de ese modo se limita el volumen de la zona catalftica que aprovecha un plasma fno.
Descripcion de la invencion
El objeto de la presente invencion es proponer un reactor catalftico de lecho fluidizado que tenga un volumen importante de zona catalftica banado en un plasma fno y con la temperatura controlada.
Para este fin, la invencion tiene como objeto un reactor catalftico de lecho fluidizado que comprende:
■ una camara que comprende un conducto de entrada de gas y un conducto de salida de gas;
■ un lecho catalftico situado en la camara y que comprende un material catalizador adecuado para presentar una fase fluidizada bajo el efecto de un gas inyectado en la camara por el conducto de entrada; y
■ al menos un dispositivo de generacion de plasma por descarga de barrera dielectrica situado en el lecho catalftico, siendo dicho dispositivo adecuado para generar un plasma a partir del gas inyectado en la camara por el conducto de entrada.
De acuerdo con la invencion:
■ dicho al menos un dispositivo de generacion de plasma comprende:
o un elemento dielectrico situado en el lecho catalftico y que comprende una primera y una segunda cara enfrentadas; y
o un primer y un segundo electrodos montados de manera asimetrica respectivamente sobre la primera y la segunda caras del elemento dielectrico, y adecuados para su conexion a una fuente de tension;
■ y al menos uno del primer y segundo electrodos comprende un tubo adecuado para con su conexion a un circuito de circulacion de fluido.
En otros terminos, el dispositivo de generacion de plasma es un dispositivo de descarga de barrera de dielectrica de tipo « superficial » que permite la produccion de una gran zona de plasma con una tension de corriente alterna o de pulsos. En particular, el plasma se crea en la proximidad de la superficie del elemento dielectrico, en particular una capa de dielectrico, y el aire del plasma se puede ajustar en funcion del espacio entre electrodos. Ademas, la tension necesaria para generar el plasma es ligeramente independiente del espacio entre electrodos tal como es el caso del plasma volumetrico. Entonces, la tension se puede utilizar para controlar las especies creadas por el plasma y la velocidad de la corriente ionica.
De manera ventajosa, en un plano de corte del elemento dielectrico, las partes del primer electrodo estan alternadas con las partes del segundo electrodos, en particular alternadas de forma regular.
En otras palabras, el plasma de superficie crea una aceleracion de los gases en la proximidad del electrodo sometido a una tension de corriente alterna o de pulsos en direccion de la parte de dielectrico bajo la que se localiza el otro electrodo. Al alternar las partes del primer y del segundo electrodos, se generan corrientes ionicas contrarias de modo que se produce un chorro perpendicular de las especies creadas por el plasma en la superficie del elemento dielectrico, lo que mejora el intercambio de las especies creadas por el plasma y el catalizador comprendidos en el lecho fluidizado.
Un ejemplo de dispositivo de generacion de plasma de superficie se describe en el documento US 7 380 756 y en el documento « Aerodynamic plasma actutors: A directional micro-jet device » de N. Benard et al, Thin Solid Films, Vol. 516, pp. 6660-6667, 2008.
Ademas, al menos una electrodo del dispositivo de generacion de plasma es tubular y por lo tanto permite hacer circular, en la zona catalftica, un fluido para enfriar esta zona si la reaccion catalftica es exotermica o calentar dicha zona si la reaccion catalftica es endotermica. Por lo tanto no es necesario proporcionar un dispositivo separado de modo que la disposicion global del reactor es mas compacta desde este punto de vista.
De manera ventajosa, el reactor catalftico comprende una o varias de las caractensticas siguientes:
■ el elemento dielectrico adquiere la forma de un tubo o de una placa;
■ el primer y el segundo electrodos son electrodos helicoidales desplazados el uno con respecto al otro;
■ uno entre el primer y el segundo electrodos es un serpentm que comprende partes paralelas, en el que el otro entre el primer y el segundo electrodos es un peine que comprende dientes paralelos, y las partes y los dientes estan intercalados;
■ el grosor del elemento dielectrico entre la primera y la segunda caras es inferior a 1 centfmetro y de manera ventajosa esta comprendido entre 2 miftmetros y 5 miftmetros;
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■ el primer y el segundo electrodos comprenden partes paralelas de longitud identica, estando las partes del primer electrodo desplazadas con respecto a las partes del segundo electrodo en una distancia comprendida entre 0,1 veces y 100 veces la longitud de dichas partes, de manera ventajosa una distancia comprendida entre 0,5 veces y 1,5 veces;
■ el reactor comprende varios dispositivos de generacion de plasma, en particular al menos una fila de dispositivos de generacion de plasma.
La invencion tambien tiene como objeto un sistema catalftico que comprende:
■ un reactor catalftico del tipo « lecho fluidizado » del tipo mencionado anteriormente;
■ un circuito de inyeccion de gas conectado al conducto de entrada de la camara;
■ un circuito de recogida de gas conectado al conducto de salida de la camara;
■ un generador de tension de corriente alterna o de pulsos conectada al primer electrodo de cada uno de al menos un dispositivo de generacion de plasma;
■ una toma de tierra conectada al segundo electrodo de cada uno de al menos un dispositivo de generacion de plasma; y
■ un circuito de circulacion de fluido conectado al o los electrodos tubulares de cada uno de al menos un dispositivo de generacion de plasma.
Breve descripcion de las figuras
La invencion se comprendera mejor con la lectura de la descripcion que sigue a continuacion, proporcionara
unicamente a modo de ejemplo, y realizada en relacion con las figuras adjuntas en las que:
■ la figura 1 es una vista esquematica en seccion de un reactor catalftico de lecho fluidizado de acuerdo con la invencion;
■ la figura 2 es una vista esquematica en seccion del dispositivo de generacion de plasma que se usa en la construccion del reactor de la figura 1;
■ las figuras 3A et 3B son vistas esquematicas desde la parte superior respectivamente de una variante del primero y segundo electrodos del generador de plasma que se usan en la construccion del reactor de acuerdo con la invencion;
■ la figura 4 es una vista esquematica en seccion que ilustra una variante del reactor de acuerdo con la invencion;
y
■ la figura 5 es una vista esquematica en seccion que ilustra otra variante del reactor de acuerdo con la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
En la figura 1, un reactor catalftico de lecho fluidizado 10 de acuerdo con la invencion comprende:
■ una camara hermetica 12 tubular de seccion circular, que comprende dos partes coaxiales 14, 16 de diametros diferentes, un conducto de inyeccion de gas 18 conectado a la parte 14 de menor diametro y situado en el eje de la camara 12, y un conducto de salida de gases 20, conectado a la parte 16 de diametro mayor y situado en el eje de la camara 12;
■ un distribuidor de gas 22 para inyectar de manera uniforme en la zona fluidizada 24 el gas que proviene del conducto de inyeccion 18;
■ un lecho fluidizado 24 que comprende al menos en parte un catalizador y que esta situado en la parte 14 de la camara; y
■ un dispositivo de generacion de plasma fno 26, situado en el lecho fluidizado 24.
El dispositivo de generacion de plasma fno 26 comprende:
■ un elemento dielectrico 28 en forma de tubo, por ejemplo de seccion circular, situado en la parte 14 de la camara y coaxial con la misma;
■ un primer electrodo 30 formado sobre la cara externa del tubo dielectrico 28, enrollado sobre la misma de
manera helicoidal y que toma la forma de un tubo, por ejemplo de seccion circular o cuadrada, en el que puede
circular un fluido. Ademas, el electrodo 30 esta conectado en sus dos extremos a los respectivos conductos 32, 34 adecuados para su conexion a un circuito de circulacion de fluido (no representado). Ademas, el electrodo 30 es adecuado para su conexion a tierra 36 de una fuente de tension de corriente alterna o de pulsos 38; y
■ un segundo electrodo 40 formado sobre la cara interna del tubo dielectrico 28, enrollado sobre la misma de
manera helicoidal y desplazado con respecto al primer electrodo 28. Ademas, el segundo electrodo 40 es adecuado para su conexion al borne 42 suministrando la tension de corriente alterna o de pulsos del generador de alta tension 38.
El tubo dielectrico 28 esta formado en particular por un material aislante electrico con una resistividad superior a
108Q.m, como por ejemplo una ceramica, cuarzo, alumina, sflice (SiC) o nitruro de boro. El tubo 27 tiene en
particular un grosor inferior a 1 centimetro y de preferencia un grosor comprendido entre 2 y 5 miftmetros.
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Los electrodos 30 y 40 estan formados de preferencia por un material conductor electrico que tiene una resistividad inferior a 1 Q.m, formados por ejemplo por un metal o por una aleacion de metales. Por ejemplo, los electrodos 28 y 40 estan formados por acero inoxidable 316L, cobre, aluminio o un material catalftico conductor.
En funcionamiento, el reactor 10 de acuerdo con la invencion esta conectado a un circuito de inyeccion de reactivos en forma gaseosa y un circuito de recogida de los productos en forma gaseosa obtenidos en la reaccion catalftica, respectivamente a traves de los conductos 18, 20, a un circuito de flujo de fluido en el primer electrodo 30 por medio de los conductos 32, 34 y los electrodos 30, 40 estan conectados a los bornes del generador de alta tension de corriente alterna o de pulsos 38.
Los reactivos se inyectan a una velocidad apropiada para que el material del lecho 24 adopte una fase fluidizada, la fuente de tension se activa para generar sobre la superficie del tubo dielectrico 28 un plasma fno a partir de los reactivos gaseosos inyectados en la camara y un fluido circula a traves del primer electrodo para evacuar o calentar la zona de reaccion 24 y de ese modo homogeneizar la temperatura en el lecho fluidizado 24.
Tal como esto se ilustra en la vista en seccion de la figura 2, por ejemplo de acuerdo con un plano cualquiera paralelo al eje X de la camara 12, la forma helicoidal de los electrodos 30, 40 permite alternar de forma regular las partes del primer electrodo 30 con las partes del segundo electrodo 40 por un lado y por otro del tubo dielectrico 28. Como se ilustra en los bordes del tubo 28 en el que solo se presentan las partes del primer electrodo 30 trasladado a una potencial electrico constante, se crea una corriente ionica desde la parte del segundo electrodo 40 adyacente, convirtiendose la corriente ionica en ligeramente paralela a la superficie del dielectrico 28, como se ilustra esto mediante la flecha Fp. Por lo tanto, la combinacion de las partes de electrodos y de dielectrico forma una celda « elemental » de generacion de corriente ionica. Alternando estas celdas elementales, como se ilustra en las zonas C1 y C2 de la figura 2, de ese modo se crean corrientes ionicas contrarias a Fc que, cuando se encuentran, producen por lo tanto un chorro ionico perpendicular Fn en la superficie del dielectrico 28. Esta corriente ionica perpendicular Fn, que puede alcanzar varios metros por segundo, permite de ese modo banar todo el volumen interno del tubo 28, y en consecuencia ligeramente toda la parte del lecho fluidizado 24 en el que se produce la reaccion catalftica. De manera ventajosa, la alternancia de los primeros y segundos electrodos 30, 40 cubre una superficie maxima del tubo 28 con el fin de maximizar el volumen del lecho fluidizado banado por el plasma.
La tension aplicada al segundo electrodo 40 interno al tubo dielectrico 28 esta comprendida entre +/- 2 kV y +/- 100 kV y de preferencia entre +/- 5 y +/- 20 KV para frecuencias comprendidas entre 1 Hz y 1 GHz, y de preferencia entre 50 Hz y 100 kHz. La tension es por ejemplo sinusoidal, triangular, o de pulsos. Ademas, el plasma se puede activar de forma continua o discontinua con periodos de varios minutos por hora, por ejemplo.
Se han descrito electrodos helicoidales 30, 40. Los electrodos de este tipo permiten cubrir de una manera sencilla una gran superficie del tubo dielectrico 28, y por lo tanto generar una zona de plasma de gran tamano. Sin embargo, los electrodos pueden adoptar otras formas. Por ejemplo, tal como se ilustra en las figuras 3A y 3B, el primer electrodo 30 adquiere la forma de un serpentm que tiene partes rectas y paralelas 50, el segundo electrodo 40 adquiere la forma de un peine que tiene dientes rectos y paralelos 52 y los dientes 52 del segundo electrodo 40 estan situados sobre la cara interior del tubo dielectrico 28 en comparacion con los espacios entre las partes 50 del primer electrodo 30, el primer y segundo electrodos 30, 40 adquiriendo de ese modo la forma de electrodos intercalados.
De una manera general, los electrodos 30, 40 pueden adoptar cualquier forma, siempre que se coloquen en el plano de la capa de dielectrico, como se ilustra de manera esquematica en la figura 2 con el fin de generar una corriente ionica perpendicular Fn dirigida al lecho fluidizado 24. De preferencia, si los electrodos 30, 40 tienen la misma longitud /, la distancia e que separa los mismos esta entre 0,1 y 100 veces la longitud / de los electrodos, y de forma ventajosa una distancia comprendida entre 0,5 y 2 veces y de preferencia entre 1 vez y 1,5 veces. De hecho se observa que para una distancia e igual a una vez la longitud / de los electrodos, la velocidad de los chorros de plasma desde la superficie de la capa de dielectrico es maxima, y puede tener un valor de varios metros por segundo. Mas alla de una distancia de e igual a 1,5 veces la longitud / de los electrodos, la velocidad de esta corriente ionica disminuye muy rapidamente hasta que se hace insignificante.
Del mismo modo, se ha descrito un material dielectrico 28 en forma de un tubo. Por el contrario, como se ilustra en la figura 4, el material dielectrico 28 adquiere la forma de una placa situada en el lecho 24 en el centro de la parte 14 de la camara 12. Los electrodos 30, 40, situados en ambos lado del material dielectrico 28, son por ejemplo, respectivamente, un serpentm y un peine intercalados como se ha descrito anteriormente.
Del mismo modo, se ha descrito un dispositivo de generacion de plasma 26 situado en el reactor 10. Por el contrario, varios dispositivos tal como se ha descrito anteriormente se situan en la camara, por ejemplo dos filas de dispositivos 26 colocadas de manera regular en la camara 12 a cada lado de su eje. Esta configuracion permite crear varias zonas de plasma y por lo tanto permite cubrir un gran volumen para reactores de grandes dimensiones. De este modo es posible obtener una zona catalftica banada en un plasma fno, y por lo tanto un aumento de la eficacia de la reaccion catalftica, comprendida incluso para reactores de gran volumen. Por ejemplo, en el reactor 10 se colocan cuatro dispositivos. Los primeros electrodos tubulares 30 de los dispositivos de generacion de plasma 26
estan conectados de manera ventajosa entre los mismos con el fin de definir un unico recorrido de circulacion de fluido cuyos extremos estan conectados a los conductos 32, 34. Del mismo modo, todos los primeros electrodos 30 estan conectados a tierra 36 y todos los segundos electrodos 40 estan conectados al borne de alta tension de corriente alterna o de pulsos 38 con el fin de obtener un control unico para la generacion del plasma.
5
Del mismo modo, se ha descrito un primer electrodo tubular 30 para la circulacion de fluido. Por el contrario, el segundo electrodo 40 tambien es tubular y es adecuado para su conexion al circuito de circulacion de fluido o a otro circuito de circulacion de fluido, o solo el segundo electrodo es de este tipo.
10 Del mismo modo, el esquema de conexion electrica del primer y segundo electrodos se puede invertir.
La invencion encuentra una aplicacion en particular en las reacciones de hidrogenacion de CO, CO2, y de moleculas organicas, en las reacciones de deshidrogenacion de moleculas organicas, en las reacciones de reformado de hidrocarburos, en las reacciones de oxidacion, y en las reacciones de smtesis qmmica.
15

Claims (9)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    REIVINDICACIONES
    1. Reactor catalftico de lecho fluidizado (10) que comprende:
    ■ una camara (12) que comprende un conducto de entrada de gas (18) y un conducto de salida de gas (20);
    ■ un lecho catalftico (24) situado en la camara (12) y que comprende un material catalizador adecuado para presentar una fase fluidizada bajo el efecto de un gas inyectado en la camara (12) por el conducto de entrada (18); y
    ■ al menos un dispositivo de generacion de plasma por descarga de barrera dielectrica (26) situado en el lecho catalftico (24), siendo dicho dispositivo (26) adecuado para generar un plasma a partir del gas inyectado en la camara (12) por el conducto de entrada (18),
    caracterizado;
    ■ por que dicho al menos un dispositivo de generacion de plasma (26) comprende:
    o un elemento dielectrico (28) situado en el lecho catalftico (24) y que comprende una primera y una segunda cara enfrentadas; y
    o un primer y un segundo electrodos (30, 40) montados de manera asimetrica respectivamente sobre la primera y la segunda caras del elemento dielectrico (28), y adecuados para su conexion a una fuente de tension (38);
    ■ y por que al menos uno del primer y segundo electrodos (30, 40) comprende un tubo adecuado para su conexion a un circuito de circulacion de fluido.
  2. 2. Reactor catalftico de lecho fluidizado de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el elemento dielectrico (28) adquiere la forma de un tubo o de una placa.
  3. 3. Reactor catalftico de lecho fluidizado de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que en un plano de corte del elemento dielectrico (28), las partes del primer electrodo (30) estan alternadas con las partes del segundo electrodo (40), en particular alternadas de forma regular.
  4. 4. Reactor catalftico de lecho fluidizado de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que el primer y el segundo electrodos (30, 40) son electrodos helicoidales desplazados el uno con respecto al otro.
  5. 5. Reactor catalftico de lecho fluidizado de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que uno entre el primer y el segundo electrodos (30, 40) es un serpentm que comprende partes paralelas (50), en el que el otro entre el primer y el segundo electrodos (30, 40) es un peine que comprende dientes paralelos (52), y por que las partes (50) y los dientes (52) estan intercalados.
  6. 6. Reactor catalftico de lecho fluidizado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el grosor del elemento dielectrico (28) entre la primera y segunda caras es inferior a 1 centimetro y de manera ventajosa esta comprendido entre 2 miftmetros y 5 miftmetros.
  7. 7. Reactor catalftico de lecho fluidizado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el primer y el segundo electrodos (30, 40) comprenden partes paralelas de longitud identica, estando las partes del primer electrodo desplazadas con respecto a las partes del segundo electrodo en una distancia comprendida entre 0,1 veces y 100 veces la longitud de dichas partes, de manera ventajosa una distancia comprendida entre 0,5 veces y 1,5 veces.
  8. 8. Reactor catalftico de lecho fluidizado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que comprende varios dispositivos de generacion de plasma (26), en particular al menos una fila de dispositivos de plasma (26).
  9. 9. Sistema catalftico que comprende:
    ■ un reactor catalftico (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes;
    ■ un circuito de inyeccion de gas conectado al conducto de entrada de la camara;
    ■ un circuito de recogida de gas conectado al conducto de salida de la camara;
    ■ una fuente de tension de corriente alterna o de pulsos conectada al primer electrodo de cada uno de al menos un dispositivo de generacion de plasma;
    ■ una toma de tierra conectada al segundo electrodo de cada uno de al menos un dispositivo de plasma; y
    ■ un circuito de circulacion de fluido conectado al o los electrodos tubulares de cada uno de al menos un dispositivo de generacion de plasma.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110345499A (zh) * 2019-07-31 2019-10-18 中国科学院力学研究所 等离子体流化床式自持催化燃烧转炉放散煤气方法、装置
CN114272858B (zh) * 2022-01-04 2023-02-10 南京工业大学 一种用于生物质焦油高效转化的等离子体催化系统及方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030157000A1 (en) * 2002-02-15 2003-08-21 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Fluidized bed activated by excimer plasma and materials produced therefrom
US8465809B2 (en) * 2006-05-04 2013-06-18 Sri International Multiarc discharge moving bed reactor system
US20120167464A1 (en) * 2010-12-30 2012-07-05 Institute Of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council, Executive Yuan Plasma-assisted catalytic reforming apparatus and method
FR2975018B1 (fr) * 2011-05-10 2016-11-25 Commissariat Energie Atomique Dispositif pour le traitement des gaz par plasma de surface

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