JP6761342B2 - 低温プラズマの発生装置、及び、関連する化学物質を製造するため方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔概要〕
〔発明の分野〕
本発明は、特に、化学物質、とりわけ、例えば、硝酸、及び硫酸等の酸を製造するための化学工業プロセスにおいて使用される、低温プラズマを発生するための装置に関する。

本発明は、上記低温プラズマ発生装置を含む反応装置及びプラント、並びに、それに基づき、対応する化学プロセスにも関する。

〔背景〕
化学物質を製造するための低温プラズマの使用は、従来の方法に対して、異なる利点を有している。特に、下記の反応：

に基づく硝酸の製造の場合において、触媒の使用も、高温での作業も必要なく、とりわけ原材料としてのアンモニアは使用されず、単なる外気、若しくは、モレキュラーシーブス、又は、低温分離、又は、その他等の様々な技術を用いて酸素を濃厚にした空気のみが使用される。

公知の低温プラズマ発生装置は、高い電圧又は高い周波数の発生装置により供給された二つの電極によって主に構成することで、電場を同じ電極の間に発生させる。本分野も同様に、電極の間に存在している気体の分子又は原子（典型的には空気）をイオン化及び励起し、その結果、プラズマガスを発生させる。

しかしながら、本技術分野において公知であるプラズマ発生装置、及び、それらが挿入されている反応装置は、ある重要な限界を有している。そのような限界は、そのプラズマの固有の性質に起因して、電極の間の非常に限られた領域において発生するという、プラズマを発生させるためのシステムにおける効率に主につながっている。

まさに説明されている態様は、化学合成のプロセスにおける低温プラズマの技術の使用を積極的に含んでいる。

〔発明の概要〕
そこで、本発明によって提起され、解決される技術的な課題は、低温プラズマを発生させるための、装置、及び、化学物質を製造するために関連する方法、又は、プロセスを提供することにあり、公知技術に関する上述の欠点を、未然に防ぐことを可能にする。

本発明は、反応装置、及び、上述の発生装置が組み込まれた化学プラントも提供する。

上述の技術的課題は、独立請求項１において示されているように解決されている。

本発明の好ましい特徴は、従属請求項における主題である。

本発明の装置及び関連する方法は、様々な化学物質、特に酸を高効率にて製造することを可能にする。本発明は、低温プラズマの技術を使用することによる多くの利点、特に、触媒、及び／又は、高い反応温度を必要としないという利点をも有している。

本発明の装置及び方法は、低コストの実施及び運用も可能にする。

本発明の装置及び方法は、硝酸、及び硫酸を製造するための用途において、特に有利である。

本発明の他の利点、特徴及び使用形態は、実施例の目的で示されているが、限定する目的で用いられない、以下の、いくつかの実施形態の詳細な説明から明らかとなる。

本発明は、特に、硝酸、又は硫酸を製造するためのプロセスにおいて使用するのに適している低温プラズマ発生装置であって、
当該装置は、
外部電極及び内部電極であって、一方が他方を囲むように配置することで、それらの間にプラズマ発生領域を規定し、
内部電極、及び／又は、外部電極は、電源に接続されているか、又は、接続可能であることで、使用において、電位差を上記プラズマ発生領域に定め、
内部電極及び外部電極は、一方が、他方に対して回転可能であり、
外部電極は、上記プラズマ発生領域を横断すべき気体のための吸入口、及び、上記プラズマ発生領域を横断したプラズマガスの、少なくとも１つの再循環排出口を有している；と、
外部電極と内部電極との間に放電を引き起こすためのトリガー手段であって、上記トリガー手段は、二つの電極のうちの回転電極に接続され、好ましくは固定されている；と、
気体吸入手段であって、上記プラズマ発生領域を通じて気体を引き込むのに適しており、上記二つの電極のうちの回転電極に対して接続され、好ましくは固定されている気体吸入手段と、を含んでいる、低温プラズマ発生装置を提供する。

好ましくは、内部電極又は両方の電極は、回転可能である。

一実施形態の例において、外部電極及び内部電極は、夫々の長手方向軸が実質的に平行又は一致しており、好ましくは、上記軸の共通の方向は、関連している回転の軸のそれにも一致するように配置されている。

外部電極及び内部電極は、同軸上、又は、偏心して配置することができる。

外部電極及び内部電極は、実質的に円筒形の形状を有することができる。

好ましくは、内部電極は、軸形である。

有利な形態において、上記装置は、内部電極の中間支持材を含んでおり、中間支持材は、二つの電極の間に電気絶縁性を確保するのに適している。

好ましくは、外部電極の断面積は、内部電極の断面積よりも約２５〜１００倍の大きさを有している。

好ましくは、外部電極及び内部電極の、それらのうちの１つ又は両方は、実質的に円形の断面を有している。後者の場合、好ましくは、外部電極の直径は、内部電極の直径よりも約５〜１０倍の大きさを有している。さらに、内部電極が円形の断面の場合、それは、約２０〜２００ｍｍの範囲内に含まれる直径を有している。

好ましくは、外部電極及び／又は上記内部電極は、約２００ｍｍと同じか、又は、より大きな長さを有している。

有利な形態において、気体吸入口は、外部電極の端に、好ましくは底に配置されている。

また、好ましくは、少なくとも１つの再循環排出口は、外部電極の側壁又は縁に配置されている。有利には、少なくとも１つの再循環排出口は、実質的に、上記外部電極の断面積と同じか、または、より大きな出口面積を規定している。

好ましい形態において、外部電極は、プラズマガスのための複数の再循環排出口を有しており、当該排出口は、好ましくは、上記外部電極の側壁又は縁に配置されている。

好ましくは、外部電極は、プラズマガスの流れに対して、少なくとも１つの再循環排出口の下流に配置されている、プラズマガスの付加的な排出口を有している。好ましくは、付加的な排出口は、外部電極の側壁又は縁に配置されている。

好ましい形態において、トリガー手段は、上記電極のうちの回転電極に固定されている。

好ましくは、トリガー手段は、尖端効果に基づいている。

有利には、トリガー手段は、実質的に櫛形である。

好ましくは、気体吸入手段は、内部電極及び外部電極のうちの回転電極に固定されている回転翼又は羽根車を含んでおり、回転翼又は羽根車は、好ましくは、少なくとも部分的にプラスチック材料でできている。

有利には、気体吸入手段は、内部電極に固定されている回転翼又は羽根車を含んでおり、回転翼又は羽根車は、外部電極の内径の約７０〜９５％、より好ましくは約６０〜９０％の範囲内に含まれる直径を有している。

本発明は、特に、硝酸、又は硫酸を製造するためのプロセスにおいて使用するのに適している低温プラズマ発生装置も提供する。当該装置は、第一の電極及び第二の電極であって、配置されていることで、それらの間にプラズマ発生領域を規定する、第一の電極及び第二の電極を含み、第一の電極、及び／又は、第二の電極が電源に接続されているか、又は、接続可能であることで、使用において、電位差を上記プラズマ発生領域において定め、当該装置は、上記プラズマ発生領域を横断する必要がある気体のための吸入口、及び、上記プラズマ発生領域を横断した上記プラズマガスのための、少なくとも１つの再循環排出口を有し、当該装置は、上記第二の電極が液体電極であるように構成されている。

好ましくは、上記装置は、本体を含み、第一の電極は、少なくとも本体内で部分的に受け入れられている。

有利な形態において、吸入口、及び／又は、少なくとも１つの再循環排出口は、本体に収められている。

好ましくは、吸入口又は少なくとも１つの再循環排出口は、本体の端部に、好ましくは基部に配置されている。好ましくは、少なくとも１つの再循環排出口及び吸入口は、本体の側壁又は縁に配置されている。

有利には、少なくとも１つの上記再循環出口は、実質的に、本体の断面積と同じか、より大きな出口面積を規定している。

本体は、プラズマガスのための複数の再循環排出口を有することができ、その排出口は、好ましくは、本体の側壁又は縁に配置されている。

好ましい形態において、本体及び第一の電極は、夫々の長手方向軸が、実質的に平行又は一致しており、好ましくは、上記軸の共通の方向は、第一の電極の回転の軸のそれとも一致するように配置されている。

本体及び第一の電極は、同軸上に、又は、偏心して配置することができる。

本体、及び／又は、第一の電極は、実質的に円筒型の外形を有することができる。

好ましくは、本体の断面積は、第一の電極の断面積よりも約２５〜１００倍の大きさを有している。

好ましくは、本体及び第一の電極は、それらのうちの１つ又は両方とも、実質的に円形の断面を有している。後者において、好ましくは、本体の直径は、電極の直径よりも約５〜１０倍の大きさを有している。

本体は、好ましくは、少なくとも１つの液体吸入口を有しており、液体吸入口は、好ましくはそれらの側壁又は縁に配置されており、当該配置は、液体吸入口が、本体を液体電極に部分的に浸漬することを可能にするようになっている。

有利には、液体吸入口、及び、少なくとも１つの再循環出口は、夫々、本体の一部において、実質的に一方が他方に直交して配置されている。

好ましくは、第一の電極は、回転可能であり、有利には、軸形である。好ましい構成においては、第一の電極は、回転可能な軸の上に固定されており、後者は、好ましくは本体内で受け入れられている。

好ましくは、第一の電極は、液体電極の自由表面に対して、実質的に平行に配置されている。

上記装置は、プラズマ発生領域を通じて気体を引き込むのに適している気体吸入手段を含むことができる。有利には、それは、回転翼又は羽根車を含み、第一の回転電極に対し、後者は好ましくは接続されており、より好ましくは固定されており、回転翼又は羽根車は、好ましくは、少なくとも一部分はプラスチック材料でできている。

気体吸入手段は、回転翼又は羽根車、好ましくは本体の外側に配置されている、遠心回転翼又は羽根車を含むことができる。

気体吸入手段は、本体の内径の約７０〜９５％、より好ましくは約６０〜９０％の範囲に含まれる内径を有している回転翼又は羽根車を含むことができる。

上記装置は、好ましくは、第一の電極に繋がれている、すり電気接点手段を含んでいる。

また、この装置は、好ましくは、第一の電極に接続又は固定されている、第一の電極と、第二の電極との間に放電を引き起こすためのトリガー手段を含んでいる。

トリガー手段は、尖端効果に基づくことができ、好ましくは実質的に櫛形である。

本発明は、これまで記載されてきたような発生装置、及び、１つ又は両方の電極に接続されているか、接続可能な、高い周波数又は高い電力の発生装置を含んでいる、発生装置のアセンブリも提供する。

好ましくは、アセンブリは、好ましくは約２８００ｒｐｍの最大回転速度で、発生装置の電極のうちの１つを回転させるのに適しているモータをさらに含む。

本発明は、特に、硝酸、又は硫酸を製造するためのプロセスにおいて使用するのに適している反応装置であって、当該装置は、少なくとも１つの発生装置、又は、内部電極及び外部電極の存在によって上述に規定されているような発生装置のアセンブリを含んでおり、当該装置は、導電性液体を受け入れるのに適している槽領域を有しており、その配置は、発生装置における第一の電極及び第二の電極のうちの１つが、槽領域に少なくとも部分的に受け入れられており、使用において、導電性液体に浸漬されるようになっており、上記装置は、少なくとも１つの発生装置において発生した上記プラズマガスが関与する反応によって、反応装置において得られる気体／蒸気を出すための、少なくとも１つの排出口を有している、反応装置も提供する。

本発明は、特に、硝酸、又は硫酸を製造するためのプロセスにおいて使用するのに適している反応装置であって、当該装置は、少なくとも１つの発生装置、又は、液体電極の設備によって上述のように規定されている発生装置のアセンブリを含み、当該装置は、少なくとも１つの発生装置において発生するプラズマガスが関与する反応によって、反応装置において得られる気体／蒸気を出すための、少なくとも１つの排出口を有している、反応装置も提供する。好ましくは、さらに、そのような液体電極を有している装置は、上記液体電極を受け入れるのに適している槽領域を有している。

好ましくは、上記反応装置は、外部のケーシングを含んでおり、少なくとも１つの発生装置は、少なくとも部分的にケーシングの内部に配置されている。有利には、ケーシングは、槽領域を規定し、後者は、好ましくは実質的に球形又は鉢形である。好ましくは、ケーシングは、対向するか、又は、一方が他方に隣接して配置されている、導電性液体吸入口、及び、気体吸入口を有している。

液体電極を有する変形例において、ケーシングは、好ましくは、その上端の一部分に配置されている、気体／蒸気の排出口を有している。

特に有利な形態において、内部電極は、使用において、少なくとも部分的に、槽領域における導電性液体に浸漬されているように、配置されている。

好ましくは、少なくとも１つの発生装置は、その長手方向軸、好ましくは、上記内部電極の長手方向軸が、上記導電性液体の自由表面に対して、実質的に垂直であるように配置されている。

有利には、上記装置は、槽領域の内部の導電性液体／液体電極の水準を制御、及び／又は、調整するための手段を含んでいる。

発生装置は、内部電極の長手方向軸が、実質的に鉛直、又は、上記第一の電極の長手方向軸が、実質的に水平であるように配置することができる。

上記装置は、好ましくは、上述されているような複数の発生装置、及び／又は、発生装置のアセンブリの夫々を含んでいる。

本発明は、
上述されているような、反応装置、又は、発生装置と、
反応装置、又は、発生装置に動作可能なように接続されていることで、そこから出された気体／蒸気を投入するように受け入れる凝縮装置と、を含んでいる、化学プラントも提供する。

好ましくは、プラントは、凝縮装置の下流に配置されている、液体−気体分離装置をさらに含んでいる。

有利には、凝縮装置の下流に配置されている、少なくとも１つの冷却装置が設けられており、冷却装置は、好ましくは噴霧反応装置を含む。

有利な形態において、上記プラントは、上記凝縮装置の下流、及び、好ましくは少なくとも１つの冷却装置の下流に配置されている、少なくとも１つの接触反応装置をさらに含んでいる。好ましくは、接触反応装置は、凝縮した生成物の循環手段を含んでいる。

プラントは、反応装置において接触反応装置から気体を引き寄せるのに適している、接触反応装置と反応装置との間の連絡手段をさらに含むことができる。

好ましくは、冷却装置、及び／又は、（複数の）接触反応装置は、（複数の）装置内で受け入れられている、凝縮された生成物の霧状化手段を含んでいる。

プラントは、硫黄の煙霧を生成するのに適しており、反応装置の上流に配置されている、少なくとも１つの硫黄バーナーも含むことができる。

（複数の）バーナーの下流、及び、反応装置の上流に配置されている、少なくとも１つの冷却装置を設けることができる。

好ましくは、本明細書中において考慮されている、化学プラントは、硝酸、又は硫酸を製造するためのプラントである。

本発明は、化学物質、特に、酸、とりわけ、硝酸、又は硫酸を製造するための化学プロセスであって、好ましくは、上述されているような、発生装置、発生装置のアセンブリ、反応装置、又は、プラントを使用する、化学プロセスをさらに提供する。

本発明は、化学物質、特に、酸を、反応装置において、低温プラズマという手段によって製造するための化学プロセスであって、外部電極、及び、内部電極を含んでおり、一方が他方を囲むように配置することで、それらの間にプラズマ発生領域を規定する反応装置の発生装置において、低温プラズマを発生し、内部電極、及び／又は、外部電極は、電源によって供給されることで、電位差を、それらの間におけるプラズマ発生領域に定め、内部電極及び外部電極は、一方に対して他方を回転させ、気体に、上記プラズマ発生領域を横断させることによって、プラズマを得、プラズマ発生領域を横断した上記プラズマガスの一部を、プラズマ発生領域に再循環させる、化学プロセスも提供する。

本発明は、化学物質、特に、酸を、反応装置において低温プラズマという手段によって製造するための化学プロセスであって、第一の電極及び第二の電極を含んでおり、一方に対して他方を配置することにより、それらの間にプラズマ発生領域を規定している反応装置の発生装置において、低温プラズマを発生し、第一の電極、及び／又は、第二の電極は、電源によって供給されることで、電位差を、それらの間における上記プラズマ発生領域に定め、気体にプラズマ発生領域を横断させることによって、プラズマガスを得、第二の電極は液体電極である、化学プロセスも提供する。この場合もまた、好ましくは、上記プラズマガス発生領域を横断したプラズマガスは、プラズマ発生領域に再循環される。

好ましくは、内部電極（又は第一の電極）は、回転可能であり、外部電極は、固定されている。代わりに、一方が他方を囲む電極を有する変形例においては、そのような電極は回転可能である。好ましくは、約２８００ｒｐｍの最大回転速度が与えられる。

有利には、外部電極及び内部電極は、夫々の上記長手方向軸が、実質的に平行又は一致しており、上記軸の上記共通の方向は、好ましくは、関連している回転の軸のそれにも一致するように配置されている。

外部及び内部電極は、同軸上に、又は、偏心して配置することができる。

発生装置は、内部電極の長手方向軸が、実質的に鉛直、又は、上記第一の電極の長手方向軸が、実質的に水平に配置することができる。

有利には、プラズマガスのうちの再循環される一部は、発生装置を離れるプラズマガス、又は、プロセスのさらなる工程に向けて反応装置を離れる酸に対して、１：１０〜１０：１の範囲内に含まれる割合にある。

好ましい形態において、内部電極及び外部電極のうちの１つは、少なくとも部分的に導電性液体に浸漬されている。好ましくは、内部電極の長手方向軸は、導電性液体の自由表面に実質的に垂直である。液体電極を有する変形例においては、好ましくは、第一の電極の長手方向軸は、液体電極の自由表面に対して、実質的に平行である。

液体電極を有する変形例において、好ましくは、本体が設けられており、本体は、第一の電極を囲んでおり、少なくとも部分的に液体電極に浸漬されている。

さらに、液体電極を有する変形例においては、有利には、第一の電極と第二の電極との距離が、液体電極の水準を制御することによって調整されている。

好ましくは、プラズマ発生領域に入る気体を冷却するのに、導電性液体、又は、液体電極が使用され、好ましくは、プラズマ発生領域に入る蒸気を発生させる。

プロセスは、反応装置において生成した酸、及び、気体／蒸気に対する凝縮工程を含むことができる。

プロセスは、凝縮工程の下流において、液体−気体の分離工程をさらに含むこともできる。

有利には、凝縮工程の下流において、少なくとも１回の冷却工程、好ましくは噴霧−冷却工程を含んでいる。

プロセスは、酸の生成物を増やすのに適している反応工程をさらに提供することができ、当該反応工程は、上記凝縮工程、及び、好ましくは少なくとも１回の上記冷却工程の下流に設けられている。そのような付加的な反応工程は、好ましくは噴霧、又は、スプレー手段を用いることによって、凝縮した酸の再循環において、凝縮した酸と、蒸気との間の接触面の増大をもたらすことができる。付加的な反応工程から発生装置への気体の再循環も、提供することができる。

好ましい実施形態において、上述の酸はＨ_２ＳＯ_４であって、プロセスは、硫黄の煙霧を生成する工程を含み、後者は、プラズマ発生領域を横断する投入ガスである。プロセスは、プラズマ発生領域へそれらを吸入させる前に、少なくとも１つの、硫黄の煙霧の冷却工程をさらに提供することができる。

他の好ましい実施形態においては、上述の酸は硝酸であり、上記プラズマ発生領域を横断する投入ガスは、空気である。

本発明の反応装置、及び、関連する方法は、高効率で様々な化学物質を製造することを可能にする。本発明は、例えば、水及び二酸化炭素中における炭化水素の酸化等、硝酸、硫酸、ＮＯ_ｘ、Ｎ_ｘＯ_ｘ、及び、酸化が促進された生成物、揮発性有機酸化物（ＶＯＣｓ）を製造することに対して、特に有利である。

〔図面の簡単な説明〕
添付された図面における形態が参照され、ここで、
・図１は、本発明の第一の実施形態に基づく低温プラズマ発生装置の縦断面における概略図を示しており、
・図２は、図１の装置の実施形態のうちの、変形例の縦断面における概略図を示しており、
・図３は、図１の装置を組み込んでいる反応装置の縦断面における概略図を示しており、
・図４は、図１の実施形態に基づいて実施される、一組の発生装置の夫々を組み込んでいる反応装置の縦断面における概略図を示しており、
・図５は、本発明の第二の実施形態に基づく低温プラズマ発生装置を組み込んでいる反応装置の縦断面における概略図を示しており、当該反応装置は、第一の操作モードで示されており、
・図６は、図５の反応装置の縦断面における概略図を示しており、第二の操作モードで示されており、
・図７は、第一の実施形態の変形例としての図５の装置を組み込んでいる反応装置の縦断面における概略図を示しており、
・図８は、第二の実施形態の変形例としての図５の装置を組み込んでいる反応装置の縦断面における概略図を示しており、
・図８Ａは、本発明の第三の実施形態に基づく低温プラズマ発生装置、又は、反応装置の縦断面における概略図を示しており、
・図８Ｂは、本発明の付加的な実施形態に基づく低温プラズマ発生装置、又は、反応装置の縦断面における概略図を示しており、
・図９は、図５の反応装置の正面の概略図を示しており、
・図１０は、図５の実施形態に基づいて実施される、一組の発生装置の夫々を組み込んでいる反応装置の正面の概略図を示しており、
・図１１は、前出の図面のいずれか１つに基づく、第一の実施形態としての化学プラント、又は、低温プラズマ発生装置を組み込んでいる装置、及び／又は、関連する反応装置の基本ブロック図を示しており、
・図１２は、図４の反応装置を組み込んでいる変形例に属する、図１１のプラントを示しており、
・図１３は、図１〜１０のいずれか１つに基づく、第二の実施形態としての、化学プラント、又は、低温プラズマ発生装置を組み込んでいる装置、及び／又は、関連する反応装置の基本ブロック図を示しており、
・図１４は、図１〜１０のいずれか１つに基づく、第三の実施形態としての化学プラント、又は、低温プラズマ発生装置を組み込んでいる装置、及び／又は、関連する反応装置の基本ブロック図を示しており、
・図１５は、図１〜１０のいずれか１つに基づく、第五の実施形態としての化学プラント、又は、低温プラズマ発生装置を組み込んでいる装置、及び／又は、関連する反応装置の基本ブロック図を示している。

〔好ましい実施形態の詳細な説明〕
本発明の発生装置、反応装置、プラント、及び、方法又はプロセスの様々な実施形態及び変形例は、本明細書の以下において、これを上述の図面を参照して記載されている。

類似している構成要素は、同じ参照番号を用いて、異なる図に示されている。

以下の詳細な説明においては、実施形態に対する、付加的な実施形態、及び、変形例、並びに、同一の記載においてすでに記載されている変形例は、すでに説明されていることとの違いに限定して説明されている。

さらに、本明細書の以下に記載されている異なる実施形態、及び、変形例は、組み合わせて使用されることがあり、互換性がある。

まず、図１を参照することにより、本発明の第一の好ましい実施形態に基づく低温プラズマ発生装置は、全体として、１０１を用いて指定されている。装置１０１は、化学工業のプロセスにおいて、特に、硝酸、又は硫酸を製造するための化学プラントにおいて、使用することに適している。

装置１０１は、内部電極１及び外部電極２を含んでおり、電極２が電極１を囲むように配置されている。

本例においては、内部電極１は、実質的に軸形であり、特に、長手方向軸Ｌ、及び、好ましくは、円筒形の形状を有している。内部電極１は、例えば、管状の形状、を用いて実施することができ、又は旋盤加工された固体の円筒棒から得ることができる。

内部電極１は、本例において、長手方向軸Ｌと一致している、回転軸Ａの周囲で回転可能である。

さらに、本例において、外部電極２は、内部電極１と同軸上に配置されており、その長手方向軸は、電極１自身の長手方向軸Ｌと一致している。

外部電極２は、実質的に管状の構造、好ましくは、円筒形の形状を有している。

電極１及び２は、その結果、実質的に、そのような共通の長手方向軸Ｌに合わせて中心を置くことになる。

全体的な配置は、二つの電極１及び２の間に、領域１２１が残るように規定されており、それは、本明細書の以下において説明されている、プラズマの発生として規定されているという理由による。本例においては、そのような領域１２１は、実質的に円環状の形状を有している。

好ましくは、電極１及び２は、金属でできている。特定の金属材料の選択は、引き起こされることが望まれる反応に依存する。

好ましい形態において、外部電極２の有用な（内部）断面積は、内部電極１の断面積よりも約２５〜１００倍の大きさを有している。特に、本例においては、内部電極１及び外部電極２は、両方とも、円形、又は、実質的に円形の断面積を有しているため、内部電極１の（最大部）直径、及び、外部電極２の（最大部）直径は、好ましくは、約１／１０〜約１／５の間に含まれる割合にある。

好ましくは、内部電極１の直径は、約２０〜２００ｍｍの範囲内に含まれている。

好ましくは、内部電極１及び／又は外部電極２は、２００ｍｍ〜数メートルの長さを有している。

一般的に、以下の記載に基づいて、より良く構成されるようにするためには、電極１及び２の特定のサイズと、関係する割合とは、発生装置１０１の出力、及び、領域１２１において処理される気体の流れの特性に依存する。

一実施形態の変形例に基づき、外部電極２も（また）回転可能であり得る。電極１及び２の両方による回転の場合、それらは、好ましくは、同じ軸の周りで反対の方向に動く。

好ましくは、外部電極２は、電極１の通過を可能にし、電気的に絶縁されている要素６によって、頂上部がふさがれている。

特定の実施形態の例においては、密閉要素６は、ガスケット、フランジ、又は他の機械システムで外部電極２上に固定されている、密閉蓋である。

また、本例において、装置１０１は、内部電極１と外部電極２との間に介在している中間支持材７が設けられている。そのような支持材７は、電極１のための中心化及び支持、並びに、上記電極１と２との間の電気絶縁性を、実際に確保する。

特定の実施形態の例においては、中間支持材７は、隠れたネジ、又は、他の機械システムで、上記外部電極２の上に固定されている。

好ましくは、密閉要素６、及び／又は、中間支持材７は、プラスチック材料でできている。特定のプラスチック材料の選択は、引き起こされるべき反応、プロセス温度、及び、二つの電極の間に印加される電圧の値に依存しており、その周りについて、簡潔に説明されるであろう。

内部電極１の回転を可能にするために、密閉要素６及び中間支持材７の両方は、電極１自身の通過を可能にする、それ自身の１つの台座において、１つ以上のベアリング、例えば、プラスチック材料製のベアリング、又は、非常に低い摩擦率を有する特別のポリマー製の軸受筒を有することができる。

電極１及び２は、異なる電圧にそれらを導くのに適している、高い電圧又は高い周波数の電源に接続されているか、接続可能である。図１において、そのような電源は、夫々が、内部電極１及び外部電極２に接続されている、二つの端子１５及び１６という手段によって、一般的に示されている。

装置１は、プラズマ発生領域１２１に配置されている、二つの電極１と２との間における放電のためのトリガー手段をさらに含んでいる。本例において、トリガー手段は、回転する内部電極１に一体化している。さらに、本例においては、トリガー手段は、尖端効果に基づいており、それは、特に、実質的に櫛のような形状である要素３を含んでいる。

好ましくは、櫛形の要素３は、金属材料でできている。特定の金属材料の選択は、引き起こされるべき反応に依存する。

特定の実施形態の例において、櫛形の要素３は、組み立て前のワイヤ又は櫛から得られる単一の金属ブロックによって構成されている。そのような例には、
櫛の歯の高さを、１ｍｍ〜約１００ｍｍまでの間で変化させることができ、
単一の歯の厚さを、１ｍｍ〜約５ｍｍまでの間で変化させることができ、
歯の中間軸を、１ｍｍ〜約１０ｍｍまでの間で変化させることができ、及び／又は、
櫛の全体の長さを、１０ｍｍ〜約数メートルまでの間で変化させることができる。

図２の変形例において、トリガー手段は、３ａを用いて指定され、好ましくは、すでに記載されているものに類似した櫛形構造で示される、付加的なトリガー要素も含んでいる。さらに、要素３ａは、領域１２１に配置されている。要素３ａは、外部電極２に一体化されているため、（断続的に）上述の第一の要素３に向かい合うことになる。

そのような変形例において、発生装置は、全体として、１０２を用いて指定されている。

記載されている配置の結果、二つの電極１と２の間に電場が発生し、領域１２１から排出されるプラズマガスを得ることができるまでに、プラズマ発生領域１２１内に存在、又は、通過する気体の粒子をイオン化及び励起する。

装置１０１は、プラズマ発生領域１２１内において、気体（特に空気）吸入手段をさらに含んでいる。本例においては、そのような吸入手段は、内部電極１に一体化して回転し、領域１２１に対する、気体の流れの上流に実装される、回転翼又は羽根車４を含んでいる。そこで、羽根車４は、本例において、軸のまわりの羽根車である。羽根車４は、気体吸入口８の近くに配置されており、その周りについて、簡潔に説明されるであろう。

好ましくは、羽根車４は、少なくとも複数のプラスチック材料でできている。プラスチック材料の選択は、引き起こされるべき反応、及び、プロセス温度に依存する。

好ましくは、羽根車４は、外部電極２の内径の約７０％〜９５％、より好ましくは、約６０％〜９０％の範囲内に含まれる直径を有している。

外部電極２は、そのもの自身の基部において、上述されている気体吸入口８を有しており、それは、実際に吸入口として、羽根車４による吸入と同じく、実際に引き寄せられるような気体の流れに対するプラズマ発生領域１２１の上流に特に配置されている。気体吸入口８は、羽根車４の吸引区域を規定している。

外部電極２は、５を用いて指定されている気体の再循環のための複数の排出口も有しており、その機能は本明細書の以下において説明されている。好ましくは、排出口５は、電極２の本例における側壁、側面の囲いに配置されている。さらに、排出口５が、吸入される気体の流れに対して、プラズマ発生領域１２１の下流に配置されていることで、そこを通り抜け、そのような領域１２１において生成されたプラズマガスの一部が出ていく。参照番号９は、実際に排出口５から排出されるプラズマガスの流れの方向に割り当てられている。

さらに、好ましい実施形態に基づき、再循環口５によって規定されている気体排出領域は、外部電極２の有用な（内部の）断面積と、実質的に同じか、より大きい。

好ましくは、夫々の再循環口５は、実質的に円形の外形を有している。

好ましくは、再循環口５の平均的な地点と閉塞要素６との間の距離（又は、外部電極２の上側の幅）は、約５０ｍｍ〜５００ｍｍの間において、電極２自身の長さには無関係に変化させることができる。

一実施形態の変形例では、１つの再循環口５を備えることができる。

外部電極２は、そして、再循環口５の下流に配置され、気体を排出するための付加的な排出口（１０を用いて指定されている）を有している。

本明細書中において、以下により詳細に説明されているように、排出口１０から、実施される化学プロセスにおいて有用なプラズマガスが排出される。

排出口５を通じての１回の再循環に対して、排出口１０から排出されるプラズマガスの量は、装置１０１内において、より一般的には、反応装置に組み込まれているその装置内において発生する過度の圧力に関係している。

発生装置１０１は、２つの電極１及び２に接続されているか、又は、接続可能である、上述のエネルギー源、又は、発生装置１５、１６を含んでいるアセンブリの一部として提供することもできる。

さらに、そのようなアセンブリは、内部電極１及び／又は羽根車４のモータ、又は、他の駆動手段をさらに含んでおり、好ましくは、約２８００回転数／分という後者の回転を作り出すのに適している。回転速度の選択は、発生装置１０１のサイズ、並びに、印加される電圧、及び、周波数に依存する。

図３にまさに参照しているように、上述の発生装置１０１は、反応装置２０１の一部として図示されている。

反応装置２０１は、外部のケーシング（又は、ケース）１１を有しており、使用において、導電性液体、好ましくは水を受け入れる槽領域１８０を規定している。後者の自由表面は、１８を用いて指定されている。好ましくは、ケーシング１１は、実質的に円筒形の形状を備えた上側の部分と、領域１８０に対応しており、実質的に鉢形又は球形のような形状をしている下側の部分とを有している。

ケーシング１１において、特に、それの槽領域１８０において、液体のための吸入口１３と、さらに液体のための排出口１４とが取り付けられている。好ましくは、そのような、吸入口及び排出口である１３及び１４は、ケーシング１１の側面の囲いに配置されている。

さらに、下側の液体排出口１７が、操作の最後において、又は、メンテナンスのために、反応装置２０１を空にするために設けられている。

好ましくは、槽領域１８０において、導電性液体の水準を調整するための、自動又は手動の手段が設けられている。

ケーシング１１は、気体、典型的には空気のための吸入口１２をさらに有している。本明細書中において考慮されている配置において、反応装置２０１の空気の吸入口１２は、液体吸入口１３に対する反対側において、さらには、ケーシング１１の側面の囲いにおいて取り付けられている。

考慮されている例において、ケーシング１１における上側の閉鎖要素６０は、発生装置１０１を参照してすでに記載されている閉鎖要素６に対して、実質的に相似形であるように設けられている。

発生装置１０１は、反応装置２０１のケーシング１１内において、少なくとも部分的に受け入れられている。本明細書中において考慮されている配置において、装置１０１のプラズマガスの排出口１０がケーシング１１の外部に配置されており、これにより、再循環の排出口５を後者の内側に配置することで、実質的にケーシング１１内において気体の循環を得ることができる。

なお、本例において、ケーシング１１及び発生装置１０１は、実質的に、装置１０１の同軸上に軸Ｌに沿って配置されており、その軸は、本例において、鉛直、又は、実質的に鉛直である。内部電極１は、そして、導電性液体の自由表面１８に対して実質的に直交するように帰結している。

全体的な配置は、使用において、内部電極１の下側の部分（好ましくは、そのような電極の約半分の長さに広がる部分）を導電性液体に浸漬することができるようなものである。

本明細書中に取り入れられている、反応装置２０１と発生装置１０１との典型的な操作モードは、本明細書の以下に説明されている。

すでに説明されている外部モータ（又は、同等の駆動手段）と、高い電気絶縁性を備えた適切なトランスミッションとを用いて、内部電極１は、数ｒｐｍ〜２８００ｒｐｍの角速度にて回転にかけられる。

この場合において、電極２のみが、高い電圧、及び／又は、高い周波数を供給され、ここで、反応装置のケーシング１１は接地されている。内部電極１は、この形態において、導電性液体及びケーシング１１という手段に地表放電する。櫛形の要素３の先端と外部電極２との間から構成されている空間において（つまり、上述されているプラズマ発生領域１２１において）、２つの導電性の部分の間の近接と先端効果との結果によって、放電、特に、可視の放電が引き起こされる。

中心の電極１の回転は、電極１及び２における円筒状の表面と、領域１２１の円環状の体積との全体に渡って、均一にその回転を割り当てることにより、トリガーの領域を連続的に動かす。

放電を引き起こした後、中心の電極１と外部の電極２との間において、プラズマの円筒型の領域が作り出され、さらに、外部電極２の全ての長さを巻きこむ。

中心の電極１の回転を行ない、それに伴い、羽根車４が、気体、特に空気を吸入口８から吸引し、その気体に、作り出されているプラズマの円筒型の領域を横断させる。上述されているように、得られたプラズマガスの一部は、再循環口５から排出される。

内部電極１の導電性液体内への浸漬は、説明されている、最適な回転又はすり電気接点とは別に、それ自身の冷却を決定する。この理由により、導電性液体の一部は蒸発し、その蒸気は、反応装置２０１の環境において再循環されている気体と、吸入口１２から吸入されている気体と共に、羽根車４によって吸引される。

吸引された気体及び蒸気は、そして、化学工業のプロセスにとって特に興味深い、幅広い低温プラズマ領域に供される。

排出口１０を通り、そして、目的の化学物質の製造に役立つ、反応装置から排出される気体の割合と、排出口５を通じて再循環される気体の割合との平衡は、特有の操作のニーズに依存し、プロセスの全体としての出来高に影響を与える。好ましくは、そのような割合は、１：１〜約１：１０までの範囲内において変化することができる割合にある。

図４は、複数の、特に一対の発生装置１０１を含んでいる、第二の実施形態の反応装置（２０２を用いて指定されている）を図示している。

これから図５及び９に示すように、本発明のもう１つの好ましい実施形態に係る低温プラズマ発生装置は、全体として１１１を用いて表されている。

当該装置１１１は、化学工業のプロセス、特に、硝酸、又は硫酸を製造するための化学工場において、使用することに適している。

装置１１１は、電極５１を含んでおり、当該電極５１は、本例において、回転軸５０１に対して、好ましくは、後者の中間の領域において、一体である。

電極５１及び軸５０１は、長手方向軸Ｌと、好ましくは、円筒状の構造とを有している。電極５１は、例えば、図５に示すように、管状の形状を採用するか、又は、旋盤加工された立体の円筒棒から得ることができる。後者の場合において、軸５０１の縦方向において隣接する部分の間に位置することができる。

電極５１は、軸５０１に一体化して、本例においては、長手方向軸Ｌに一致する回転Ａの軸の周囲において回転可能である。回転は、無関係に、右回り、又は、左回りであることができる。

回転軸５０１は、例えば、プラスチックやセラミックス等の電気絶縁材料でできている。プラスチックの選択は、プロセスの温度によって、適用される電圧の値によって、及び、求められる機械抵抗によって引き起こされるべき反応に依存する。

なお、本例において、本体５２は、電極５１の外側に配置されており、明示される変形例において、電極５１自身に対して同軸上に備えられている。好ましくは、本体５２は、その長手方向軸が電極５１自身の長手方向軸Ｌに一致している。電極５１及び本体５２は、そして、そのような共通の長手方向軸Ｌに沿って、実質的に中心にあるように帰結している。

本体５２は、実質的に、管状の構造、好ましくは、円筒状の構造を有している。

好ましくは、上記構成要素５１及び５２は、金属でできている。具体的な金属材料の選択は、引き起こされるべき反応に依存する。

本例において、長手方向軸Ｌは、実質的に水平である。

好ましくは、電極５１の長さは、本体５２の長さよりも短く、同じ長さの半分までである。

好ましい形態において、本体５２の内部の有用な断面積は、電極５１の断面積に比べて、約２５〜１００倍よりも大きい。特に、本例において、電極５１及び本体５２は、両方ともに、円形、又は、実質的に円形の断面を有しており、電極５１の（最大）直径と本体５２の（最小）直径とは、約１／１０〜約１／５の間に含まれる比である。

好ましくは、電極５１の直径は、約２０〜２００ｍｍの範囲内に含まれている。

好ましくは、電極５１、及び／又は、本体５２は、２００ｍｍから始まり、最大で数ｍの長さを有している。

一般に、以下に続く記載に基づき理解され得るように、構成要素５１及び５２の具体的なサイズ、並びに、それに関係する比率は、発生装置１１１の出力、及び、処理される気体の特徴によって依存している。

好ましくは、本体５２は、フランジのような要素５６によって、先端を閉鎖されており、軸５０１の通過を可能にし、電気的に遮蔽されている。図５に示す、本実施形態の変形例において、フランジのような要素５６は、本体５２に対して一体化している部分である。

軸５０１が回転できるようにするため、閉鎖要素５６は、軸５０１自身の通過を可能にするそれ自身の台座において、１つ以上のベアリング、又は、極めて低い摩擦係数を有する特有のポリマーでできている軸受筒を有している。

電極５１は、さらに、電極５１と、その周りにある、後述される第二の電極との間において、放電を引き起こす手段のための手段を有している。そのようなトリガー手段は、プラズマ発生領域５２１に配置されており、さらに後述される。

本例において、トリガー手段は、回転電極５１に一体化されている。なお、本例において、トリガー手段は、重要な効果に基づき、特に、実質的に櫛形の要素５３を含んでいる。

好ましくは、櫛形の要素５３は、金属材料からできている。具体的な金属材料の選択は、引き起こされるべき反応に依存する。櫛形の要素５３は、図１を参照してすでに記載されているものと、全体的に相似しており、それ故に、さらなる図示はされていない。

装置１１１は、さらに、プラズマ発生領域５２１の内側に、気体、具体的には空気を吸入する手段を含んでいる。本例において、そのような吸入手段は、領域５２１に対する気体の流れの上流において、電極５１と共に一体となって回転し、その上か、又は、軸５０１の上に取り付けられている、回転翼、又は羽根車５４を含んでいる。羽根車５４は、そして、本例において、軸方向の羽根車である。羽根車５４は、気体吸入口５８の近くに配置されており、その周りについて、簡潔に説明されるであろう。

羽根車５４は、関係なく、プラスチック又は金属材料から作ることができる。プラスチック／金属材料の選択は、引き起こされるべき反応、及び、プロセスの温度に依存している。

羽根車の造形は、本体５２に対するサイズにもよるが、図１の羽根車４としてすでに図示されているものと同じにすることができ、本明細書において考慮されている外部電極２に関連し得る。

本体５２は、羽根車５４からの吸気と同じく、実際に内転する気体の流れに対するプラズマ発生領域５２１の上流において、すでに述べられた（特に、それ自身の基底に配置されている）気体吸入口５８を有している。気体吸入口５８は、羽根車５４が吸引する区域を規定している。

気体吸入口５８において、スポークのような支持材５００が、軸５０１を中心化するためのベアリングを収容するために配置されている。

本体５２は、ｌａプラズマ発生領域５２１を横断したプラズマガスの再循環のための、（５５を用いて指定されている）複数の気体排出口を有している。

好ましくは、出口５５は、本体５２の側壁に、本例においては、側面の囲いに配置されている。出口５５は、さらに、吸入される気体の流れに対して、プラズマ発生領域５２１の下流に配置されており、そのような領域５２１において形成され、それを通るプラズマガスの一部を外に出す。

なお、好ましい実施形態に基づき、再循環口５５によって規定される気体排出領域は、実質的に、本体５２の有用な（内部の）断面の領域以上である。

好ましくは、再循環口５５の夫々は、実質的に円形又は矩形の形状を有している。

本体５２は、本体５２自身、特に、その側面の囲いの導電性液体の中において、部分的な浸漬を可能にするのに適した液体吸入口５５５を有している。特に、取り込み口５５５は、導電性液体が、本体５２と電極５１との間を含む空間に浸入することを可能にする。

示された特定の実施形態において、液体吸入口５５５と再循環口５５とは、本体５２の個別の部分において、一方に対して他方が、実質的に直交する位置において、配置されている。

一実施形態の変形例は、１つの再循環口５５、及び／又は、１つの液体吸入口５５５を提供することができる。

装置１１１は、そして、電極５１に繋がった、すり電気接点５５８を含んでおり、後者は、例えば、基部（stem）という手段、又は、導電性ワイヤ５５９と、閉鎖要素５６を通じて、高い電圧、又は、周波数を伴う電源へと通じる絶縁スリーブ５５７とによって、接続されることが適切である。後者の末端のポールは、一例として、５１５と共に配置されている。

発生装置１１１は、反応装置２１１の一部として示されている。

反応装置２１１は、好ましくは、実質的に、円筒形、又は、平行６面体形の形状である外部のケーシング５１１を有している。発生装置１１１は、反応装置２１１のケーシング５１１の内側に、少なくとも、部分的に受け入れられている。

ケーシング５１１は、槽領域５８０を規定しており、使用において、すでに述べられている導電性液体５２２、好ましくは、水を受け入れている。後者の自由表面は、５１８を用いて指定されている。

装置１１１における、外部のケーシング５１１と閉鎖フランジ５６との間に、ガスケット５５４を、差し込むことができる。

本例において、ケーシング５１１は、実質的に、電極５１と本体５２とを装置１１の軸Ｌに沿って、特に、実質的に水平に整列するように配置されている。電極５１は、そして、導電性液体５２２の自由表面５１８に実質的に平行になるように帰結している。

ケーシング５１１における、特に、槽領域５８０において、液体の吸入口５１３、及び、気体、典型的には、空気の吸入口５１２が、取り入れられている。本明細書にて考慮されている配置において、反応装置２１１の空気吸入口５１２は、液体吸入口５１３と同じ側面、好ましくは、ケーシング５１１の基底において、取り入れられている。

好ましくは、槽領域５８０内の導電性液体の水面を調整するための、自動又は手動の手段が設けられている。

ケーシング５１１は、そして、それ自身の側面の囲い、及び、特に後者の上側の一部において、実施される化学プロセスに役立つプラズマガスの排出口５１０を備えている。

排出口５５を通じて再循環したものに対して、排出口５１０から出ていくプラズマガスの量は、装置１１及び反応装置２１１内において発生する過度の圧力に関係している。

さらに、装置１１１は、電源と、場合によっては、電極５１の駆動モータとをさらに含むアセンブリの一部として、第一の実施形態及び関連する変形例を参照してすでに記載されているものに対する全体的な相似形として設けられている。

まず、上述の発生装置１１１は、前出の図１〜４における発生装置１０１又は１０２のように動作することができる。そのような場合において、本体５２が外部電極、電極５１が内部電極として機能する。

極めて好ましい形態（図５において示され、まさに記載されたものに対する代替）に基づき、装置１１１は、第二のトリガー電極（つまり、回転電極５１に対する付加的な電極である）を用いることによって、反応装置２１１のケーシング５１１内に受け入れられた導電性液体５２２によって実際に規定されている液体電極を動作させる。

すでに説明し、図示したように、使用において、液体電極５２２の自由表面５１８は、本体５２内で、かつ、特に、プラズマ発生領域５２１において、回転電極５１に向かって面している。

そのような形態において、ケーシング５１１は、導電性材料からできており、回転電極５１と共に、端子５１５及び５１６を用いて識別されている、高い電圧又は周波数を備えた電源に接続されており、異なる電圧を備えた電極を付けるのに適している。これにより、そのような電圧が、ケーシング５１１から液体電極５２２へと移る。

記載された配置の結果、電極５１と５２２との間において、電場が発生し、プラズマ発生装置５２１内に存在するか、又は、通過する気体の粒子をイオン化し、励起することで、領域５２１からの排出口において、プラズマガスを得ることが可能になる。

その点において組み込まれる、反応装置２１１、及び、発生装置１１１の典型的な操作モードは、本明細書中において後に示されている。

第一に、反応装置のチャンバは、水又はその他であり得る導電性液体によって、ある水準まで満たされており、本体５２を部分的に浸水させるが、櫛形電極５３と、又は、羽根車５４と接触するという状態までにはならない。

これにより、反応液とは離れて満たされた液体が、均一な電力供給の導体になり、第二の電極５２２を提供することを保証する。

上述の水準は、新たな液体を加え、好ましくは、それ自身として知られている適切な手段を用いて、制御、及び、調整されることにより、一定に維持されている。

液体の水準の管理は、トリガーである放電を発生させるために特に重要であるのは、この水準／液体の電極と、櫛形の要素５３の歯との間の距離が、印加される電圧と周波数との値の差に対する放電の発生への基礎となるからである。

同様に、動的な条件下において、発生装置５２１にて、放電を引き起こし、プラズマを発生した後、櫛形の要素５３と液体電極５２２との間の距離を大きくすることが必要であり得、これは、例えば、液体の水準を調整することによってなすことができる。

すでに記載されている外部モータ（又は、同等の駆動手段）と、高い電気絶縁性を備えたトランスミッションとを用いて、反応装置２２１内に導電性液体を加えた後、第一の電極５１は、数ｒｐｍ〜２８００ｒｐｍまでの角速度において回転させられる。回転速度は、発生装置のサイズと、印加される電圧及び周波数とに依存している。

高い電圧、及び／又は、高い周波数を電極５１及び５２２に供給することによって、櫛形の要素５３の先端部と第二の電極５２２と間において構成される空間において（つまり、プラズマ発生領域５２１において）、放電、特に可視の放電が、２つの導電性部分の間における近接と、先端効果との結果によって引き起こされる。

第一の電極５１の回転は、電極５１の全体として円筒状の表面と、電極５２２と、本体５２における浸水していない側の囲いによって、まさに規定されているような、領域５２１という円環状の領域とに渡って、均一にその回転を割り当てることによって、トリガーの領域を連続的に動かす。

放電を引き起こした後、第一の電極５１と第二の電極５２２との間において、プラズマの円筒状の領域が形成され、それは、本体５２の全体的な長ささえも関与させることができる。

電極５１の回転は、それと共に、吸入口５８から羽根車５４が吸入する気体及び蒸気を運び、形成されたプラズマの円筒状の領域にそれらを横断させ、再循環口５５から排出させる。

これにより、プラズマ領域における反応気体／蒸気の連続的な再循環が保障されている。電気的な技術により発生する熱は、再循環する気体及び蒸気の温度を大きくするが、液体の自由表面との接触が、断熱的な熱交換の状態を提供するため、熱が、新たな蒸気の発生により吸収される。これにより、プロセスのパラメータを安定に管理することにより、２つの良好な状態が提供され、それは、
−化学的により反応しやすく、領域５２１内において連続的に再循環する蒸気の形成と、
−液体が蒸発する温度に等しい値において、反応装置２１１の内部の温度を維持することである。

動的な条件下において、反応ガスが、気体吸入口５１２を通じて加えられ、同様に、反応液が、液体吸入口５１３を通じて連続的に加えられる。

反応装置２１１から排出口５１０を通じて排出されるプラズマガスの割合と、排出口５５を通じて再循環する気体の割合との間の平衡は、特有の操作のニーズに依存し、プロセスの全体としての出来高に影響を与える。好ましくは、そのような割合は、約１：１〜１：１０までの範囲において変化することができる割合内である。

図６は、反応装置２１１及び装置１１１の第二の操作モードに関係している。そのような第二モードにおいて、第一の電極５１の回転方向は、図５のそれに対して逆転している。これは、装置自身における、気体吸入口及び排出口である５８及び５５の役割の逆転を決定する。特に、プラズマ領域５２１の内側における気体／蒸気の流れが逆転するように帰結しており：領域５２１を横断するべき気体が、排出口５５によって加えられ、プラズマガスの形成を受けて、排出口５８から排出される。

図７は、発生装置の異なる実施形態を図示しており、本明細書中において、全体として１１２を用いて指定されており、反応装置２１２内に挿入されている。

図５の実施形態に対して、この場合、羽根車は、外側に向かう羽根車６４の形状にて示されている。軸５０１に対する中心ブラケット６２が、さらに設けられている。

外側に向かうファンを有することの利点は、プラズマ領域５２１を横断するように、気体／蒸気を押し進めるため、これらの流れの方向を一定に維持するために利用可能である、より大きな圧力の合計を有することができることであり、軸が右回り又は左回りの回転のいずれかである事実とは関係ない。

図８は、発生装置の付加的な実施形態を示しており、本明細書中において、全体として、１１３を用いて指定されており、反応装置２１３内に挿入されている。

この場合において、回転軸は、本明細書中において６０１を用いて指定されており、その上、取り付けられたすべての要素と共に、もはや同心状ではないが、本体５２に対して、偏心した位置に配置されている。この位置取りは、例えば、技術的な理由により、より効率よくアークを止めることを保証する必要であるときにおいて役立つ。

この利点において、櫛形電極５３の歯と本体５２との間の距離は一定でなく、櫛が液体電極５２２に対して垂直に面しているときの最小から、櫛形の要素５３が、最小値の距離から１８０°であるときの最大まで変化する。

同軸の軸を用いた前出の図に対して、実施される最大の距離は、記載されている前出の実施形態に関する最大の距離よりも大きい。

図１０は、反応装置の異なる実施形態であり、２１４を用いて指定されており、複数の、特に、一対の発生装置１１１を含んでいる。

図８Ａは、本発明に係る低温プラズマ発生装置における第三の好ましい実施形態を示しており、本明細書中において、全体として、１１４を用いて指定されている。発生装置１１４においても、図５〜８において示されている装置と同様に、本明細書中において、２２２を用いて指定された液体電極を用いることができるものである。

装置１１４においても、化学工業のプロセスにおいて、特に、硝酸、又は硫酸を製造するための化学プラントにおいて使用するのに適している。

装置１１４は、実質的に、軸形の電極２１を含んでいる。電極２１は、長手方向軸Ｌ、及び、好ましくは、円筒状の形状を有している。電極２１は、例えば、管状の形状、又は、旋盤加工された硬い円筒棒によって提供することができる。

電極２１は、本例において、長手方向軸Ｌに一致している、軸、又は、回転Ａの回りを回転可能である。回転は、無関係に、右回り、又は、左回りであることができる。

装置１１４は、槽領域２８を規定する外部のケーシング２２０を有しており、使用において、その槽領域に導電性液体である、好ましくは、水を受け入れている。後者の自由表面は、２１８を用いて指定されている。好ましくは、ケーシング２２０は、実質的に円筒状の形状を備えた上側の部分と、領域２８に一致しており、実質的には、鉢形又は球形のような形状をした下側の部分とを有している。

ケーシング２２０において、特に、その槽領域２８において、液体のための吸入口２３と、さらに、液体のための排出口２４とが、取り入れられている。好ましくは、そのような吸入口及び排出口である２３及び２４は、ケーシング２２０の側面の囲いにおいて、好ましくは、その対側に配置されている。

さらに、下側の液体排出口２１７が、操作の最後において、又は、メンテナンスのために、装置１１４を空にするために設けられている。

好ましくは、槽領域２８における導電性液体の水準を調整するための、自動又は手動の手段が、設けられている。

ケーシング２２０は、さらに、気体の吸入口２２を有しており、本明細書中において考慮されている配置において、液体吸入口２３に対する対側に、さらに、ケーシング２２０の側面の囲いに取り付けられている。

本明細書中において考慮されている配置において、装置１１４は、ケーシング２２０に配置されたプラズマガス排出口１１０を、好ましくは、気体吸入口２２に対する対側において有している。

さらに、本例において、ケーシング２２０と電極２１とは、実質的に、軸Ｌに沿った同軸に配置されており、本例において、その軸は、鉛直、又は、実質的に鉛直である。電極１は、そして、導電性液体の自由表面２１８に対して実質的に直交している。

電極２１及びケーシング２２０は、そのように共通の長手方向軸Ｌに沿って、実質的に中心にあるように帰結している。

考慮されている例において、ケーシング２２０の上側の閉鎖要素２６０が設けられており、図１の発生装置１０１に対してすでに記載されている閉鎖要素６に実質的に相似しいている。電極２１の回転を可能にするために、閉鎖要素２６０は、それ自身のシートにおいて、電極２１自身の通路が割り当てられており、極めて低い摩擦係数を備えた特有のポリマーからできているベアリング又は軸受筒を、１つ以上有している。

好ましくは、電極２１の直径は、発生装置の出力に、及び、取り扱われる気体の流れに依存する、約２０〜２００ｍｍの範囲内に含まれている。

好ましくは、電極２１、及び／又は、ケーシング２２０は、発生装置の出力、及び、取り扱われる材料の流れに依存する、２００ｍｍから始まり数ｍまでの長さを有している。

好ましくは、電極２１及びケーシング２２０は、金属からできている。特有の金属材料の選択は、引き起こされるべき反応に依存する。

装置１１４は、電極２１と液体電極２２０との間における放電を引き起こすための手段をさらに含んでいる。そのようなトリガー手段は、プラズマ発生領域２２５に配置されている。

本例において、トリガー手段は、回転電極２１に一体化している。さらに、本例において、トリガー手段は、先端効果に基づいており、特に、実質的に、櫛形の要素２３１を含んでいる。

好ましくは、櫛形の要素２３１は、金属材料からできている。特有の金属材料の選択は、引き起こされるべき反応に依存する。櫛形の要素２３１は、前出の実施形態を参照してすでに記載されているものに、全体として相似であることができ、そのため、さらなる説明はしない。

装置１１４は、プラズマ発生領域２２５内において気体を取り入れるための手段をさらに含んでいる。本例において、そのような取り入れ手段は、その電極に取り付けられており、電極２１と一体的に回転する、ロータ、又は、羽根車２４０を含んでいる。本実施形態において、羽根車２４０は、放射型のものであり、複数のブレード２４１を含んでおり、そのブレードは、好ましくは、金属材料からできており、特に、溶接により、閉鎖ディスク２４２に一体化している。ブレード２４１は、４〜１６の数であることができ、大きさ、及び、得られるべきアエラリック（aeralic）なパラメータに依存する。

閉鎖ディスク２４２は、同様に、金属材料からできており、好ましくは、２００ｍｍから数ｍまで、又はそれ以上の直径を備えている。

羽根車の材料の選択は、引き起こされるべき反応に、及び、プロセスの温度に依存する。

櫛形の要素２３１の歯は、好ましくは、羽根車２４０のブレードに、例えば、溶接により、直接的に一体化されている。

指標２７は、放射状の羽根車２４０によって動かされる気体の流れの線図を指定している。

装置１１４は、そして、電極２１に繋がった、すり電気接点２５を含んでおり、後者を、高い電圧、又は、周波数を備えた電源に接続するのに適している。後者の末端のポールは、一例として、２７０を用いて指定されている。

さらに、装置１１４においても、電源と、場合においては、電極２１の駆動モータとをさらに含むアセンブリの一部として、第一の実施形態、及び、関係する変形例を参照してすでに記載されているものに対する全体的な相似形として設けられている。

まず、上述の発生装置１１４は、前出の図１〜４の発生装置１０１又は１０２のように動作することができる。そのような場合において、ケーシング２２０が外部電極、及び、電極２１が内部電極として機能する。

極めて好ましい形態（図８Ａにおいて示され、まさに記載されたものに対する代替）に基づき、装置１１４は、第二のトリガー電極（つまり、回転電極２１に対する付加的な電極である）を用いることによって、すでに記載されている、導電性液体２２２によって実際に規定された液体電極を動作させる。

この形態において、ケーシング２２０は、導電性材料からできており、回転電極２１と共に、すでに記載された端子２７０と、別の端子２６とを用いて認識されている、高い電圧又は周波数を備えた電源に接続されており、異なる電圧において、電極を付けるのに適している。これにより、そのような電圧が、ケーシング２２０から液体電極２２２へと移る。

記載されている配置の結果、電極２１と２２２との間において、電場が発生し、プラズマ発生装置２２５内に存在するか、又は、通過する気体の粒子をイオン化し、励起することで、領域２２５からの排出口において、プラズマガスを得ることが可能になる。

装置１１４の操作に関する限り、ケーシング２２０は、吸入口２３を通り抜け、水準２１８まで、脱イオン水、又は、別の液体を用いて満たされている。この水準は、装置又反応装置に入れられたレベル検出器を用いて管理された適切なポンプを用いることにより、連続的に液体を投入することで、一定に維持されている。起こり得る液体の過剰分は、オーバーフローポート２１７によって排出される。

外部モータと、高い電気絶縁性を備えたトランスミッションとを用いて、電極２１は、数ｒｐｍ〜２８００ｒｐｍまでの角速度を有する回転にかけられる。回転速度は、発生装置のサイズと、印加される電圧及び周波数とに依存している。

高い電圧、又は、高い周波数、又は、それらの両方を電極に供給することによって、櫛２３１の先端と液体の表面との間において構成される空間において、２つの部分の間における近接と、「先端」効果とによって、放電が可視的に引き起こされる。

中心の電極２１の回転は、放射状の羽根車の下において、全体として円形の表面に渡って、均一にその回転を割り当てることによって、トリガーの領域を連続的に動かす。

羽根車２４０の回転は、遠心効果によって、底部から気体と蒸気とを吸引し、それらを放射方向に押し付ける。これによって、装置の容積内において収容された気体と蒸気とは、連続的に再利用され、流れのライン２７によって示されているように、ドーナツ状の形状を伴って、低温プラズマ領域を横断するように強いられる。

これまでに記載された発生器のシステムは、全体として１４を用いて指定されており、発生装置のように見ることができるのみならず、完全な反応装置のように見ることもできる。

低温プラズマ発生装置、及び、反応装置は、大気圧の圧力、及び、中位の又は高い圧力との両方で、従って、１〜５ＭＰａまでにおいて変化することができる明確な圧力の値で操作することができる。操作の値は、継続すべき反応のタイプ、反応に入れられる成分、及び、少なくとも実施されるべきプロセスの経済性に依存する。

低温プラズマ発生装置は、数キロボルトから始まり、数百キロボルトまでの電圧を用いて動作することができる。動作電圧の選択は、電極の間の距離と、電極の間における誘電性の生成物の圧力（pressing）と、発生させるべき反応のタイプに依存する。電力供給システムの周波数は、０ヘルツ〜数テラヘルツまでにて変化することができる。従って、直流から、レーザ周波数までである。さらに、この選択は、プロセスの経済性は別として、電極の間の距離と、電極の間における誘電性の生成物の圧力（pressing）と、発生させるべき反応のタイプに依存する。

図８Ａは、本明細書中において、全体として１１４を用いて指定されている、本発明に係る低温プラズマ発生装置の付加的な好ましい実施形態を図示している。

本明細書中において、以下に記載される、全体として１１４を用いて指定されている発生器のシステムは、発生装置のように見ることができるのみならず、完全な反応装置のように見ることもできる。

さらに、装置１１４は、化学工業のプロセスにおいて、及び／又は、特に、硝酸、又は硫酸、又は、すでに上記に例示されているような物質のための化学プラントにおける、気体状、及び／又は、蒸気の状態にて加えられる物質の、高度な酸化の状態が要求されるプロセスにおいて使用することに適している。

装置１１４は、実質的に、軸状の形をした電極２１を含んでいる。電極２１は、長手方向軸Ｌと、好ましくは、円筒形の形状とを有している。電極２１は、例えば、管状の形状を用いて導入するか、又は、旋盤加工された硬い円筒棒から得ることができる。

電極２１は、本例において、長手方向軸Ｌに一致している、回転Ａの軸の周りを回転可能である。回転は、無関係に、右回り、又は、左回りであることができる。

装置１１４は、外部のケーシング２２０を有している。好ましくは、ケーシング２２０は、実質的に、円筒状の形状を備えた、側面部又は囲いと、鉢形又は球形のような形状をした下側の部分とを有している。

ケーシング２２０は、気体、及び／又は、蒸気のような気体の試薬のための、３つの吸入口２２、２３及び２４をさらに有している。本明細書中において、考慮されている配置において、気体吸入口２２、２３及び２４は、ケーシング２２０の側面の囲いにおいて、特に、１つの側面に２つ、その反対側の側面に３つめがある状態にて取り付けられている。さらに、この場合において、異なる番号の吸入口を、さらに、１つだけ設けることができる。

さらに、すでに上述した理由により、底部の液体の排出口２１７を設けることができる。排出口２１７は、本例において、部分２８に配置されている。

本明細書中に考慮されている配置において、装置１１４は、ケーシング２２０において、好ましくは、吸入口２２及び２４に対する反対側の側面において配置されており、一般的には、気体の反応生成物のための、プラズマガス排出口１１０を有している。

なお、本例において、ケーシング２２０と電極２１とは、実質的に軸Ｌに沿った同軸上に配置されており、本例において、軸は、鉛直、又は、実質的に鉛直である。電極１は、そして、装置１１４の下側の部分に対して、実質的に直交するように帰結している。

電極２１と、ケーシング２２０とは、そのような一般的な長手方向軸Ｌに沿って、実質的に中心であるように帰結している。

考慮されている例において、ケーシング２２０における上側の閉鎖要素２６０が設けられており、図１の発生装置１０１に対してすでに記載された閉鎖要素６に対して実質的に相似している。電極２１の回転を可能にするために、閉鎖要素２６０は、それ自身のシートにおいて、電極２１自身の通路が割り当てられており、極めて低い摩擦係数を備えた特有のポリマーからできているベアリング又は軸受筒を、１つ以上有している。

好ましくは、電極２１の直径は、発生装置の出力に、及び、取り扱われる気体の流れに依存する、約２０〜２００ｍｍの範囲内に含まれている。

好ましくは、電極２１、及び／又は、ケーシング２２０は、発生装置の出力、及び、取り扱われる材料の流れに依存する、２００ｍｍから始まり数ｍまでの長さを有している。

好ましくは、電極２１は、金属からできている。特有の金属材料の選択は、引き起こされるべき反応に依存する。

装置１１４は、そして、本明細書中において考慮されている例において、実質的に水平に配置され、格子、又は穴を開けられたプレートのような形状を実質的にしている、対極２２２を含んでいる。

本例において、電極２２２は、例えば、金属製の脚部といった手段によってケーシング２２０と電気的に接触した状態である。本配置において、穴を開けられたプレートが、気体の試薬の吸入口２２、２３及び２４の下側に配置されている。

電極２２２の打ち抜き穴は、排出口２１７に向かっての液体の排出を可能にしている。

装置１１４は、電極２１と電極２２２との間における放電を引き起こすための手段をさらに含んでいる。そのようなトリガー手段は、プラズマ発生領域２２５に配置されている。

本例において、トリガー手段は、回転電極２１と一体化している。さらに、本例において、トリガー手段は、先端効果に基づいており、特に、実質的に、櫛形の要素２３１を含んでいる。

好ましくは、櫛形の要素２３１は、金属材料からできている。特有の金属材料の選択は、引き起こされるべき反応に依存する。櫛形の要素２３１は、前出の実施形態を参照してすでに記載されているものに、全体として相似であることができ、そのため、さらなる説明はしない。

装置１１４は、プラズマ発生領域２２５内において気体の試薬を取り入れるための手段をさらに含んでいる。本例において、そのような取り入れ手段は、その電極に取り付けられており、電極２１と一体的に回転する、ロータ、又は、羽根車２４０を含んでいる。本実施形態において、羽根車２４０は、放射型のものであり、複数のブレード２４１を含んでおり、そのブレードは、好ましくは、金属材料からできており、特に、溶接により、閉鎖ディスク２４２に一体化している。ブレード２４１は、４〜１６の数であることができ、大きさ、及び、得られるべきアエラリック（aeralic）なパラメータに依存する。

閉鎖ディスク２４２は、同様に、金属材料からできており、好ましくは、２００ｍｍから数ｍまで、又はそれ以上の直径を備えている。

羽根車の材料の選択は、引き起こされるべき反応に、及び、プロセスの温度に依存する。

櫛形の要素２３１の歯は、好ましくは、羽根車２４０のブレードに、例えば、溶接により、直接的に一体化されている。

指標２７は、放射状の羽根車２４０によって動かされる気体、及び／又は、蒸気の流れの線図を指定している。

装置１１４は、そして、電極２１に繋がった、すり電気接点２５を含んでおり、後者を、高い電圧、又は、周波数を備えた電源に接続するのに適している。後者の末端のポールは、一例として、２７０を用いて指定されている。他の末端は、２６を用いて指定されており、同じ電位に、ケーシング２２０と対極２２２とを置いている。従って、さらに、ケーシング２２０は、好ましくは、導電性の（特に金属性の）金属からできている。

さらに、装置１１４は、電源と、場合によっては、電極２１の駆動モータとをさらに含むアセンブリの一部として、第一の実施形態及び関連する変形例を参照してすでに記載されているものに対する全体的な相似形として設けられている。

上述の発生装置１１４は、前出の図面の発生装置のように動作することができる。

特に、外部モータと、高い電気絶縁性を備えた適切なトランスミッションとを用いて、電極２１は、数ｒｐｍ〜約２８００ｒｐｍまでの角速度において回転させられる。回転速度は、発生装置のサイズと、印加される電圧及び周波数とに依存している。

高い電圧、又は、高い周波数、又は、それらの両方を、電極に供給することによって、櫛２３１の先端部と電極２２２と間において構成される空間において、２つの部分の間における近接と、「先端」効果とによって、放電が可視的に引き起こされる。

記載された配置の結果、電極２１と２２２との間において、電場が発生し、プラズマ発生領域２２５内に存在するか、又は、通過する気体、又は、蒸気の粒子をイオン化し、励起することで、領域２２５から排出されるプラズマガスを得ることが可能になる。

中心の電極の回転は、全体として対極２２２の表面に渡って、均一にその回転を割り当てることによって、トリガーの領域を連続的に動かす。

羽根車２４０の回転は、遠心効果によって、底部から気体と蒸気とを吸引し、それらを放射方向に押し付ける。これによって、装置の容積内において収容された気体と蒸気とは、連続的に再利用され、流れのライン２７によって示されているように、ドーナツ状の形状を伴って、低温プラズマ領域を横断するように強いられる。

低温プラズマ発生装置、並びに、上述の実施形態、及び、変形例に係る、関係する反応装置は、すでに記載されているように、化学工業のプロセスにおいて、特に、硝酸、又は硫酸を製造するための化学プラントにおいて使用されることが考え出されている。

図１１〜１５は、夫々が、硝酸を製造するためのプラントの一実施形態、及び、関連する方法、又は、プロセスを示している。

まず、図１１に示されている、硝酸を製造するためのプラント３００は、一般に２００を用いて指定されている、上述の実施形態及び変形例のいずれか１つに係る反応装置を含んでいる。そのような、反応装置２００の排出口は、１３０と１２０とを用いて指定されており、個々に、導電性液体、特に脱イオン水の吸入口と、標準的な条件下の空気、又は、酸素を濃厚にした空気（後者の場合、例えば、モレキュラーシーブス、又は、それ自身が公知の別の技術を用いた、分離装置を用いて得られる）の吸入口とを示している。

排出口１００は、変わって、反応装置２００からの排出口として、硝酸＋窒素酸化物＋過剰の窒素＋水蒸気の蒸気に関連している。そのような反応装置からの排出口は、全体として金属材料からできており、酸の蒸気を冷却する凝縮装置７０に付加されている。特有の金属材料の選択は、凝縮されるような蒸気に依存する。

凝縮装置７０は、上述の蒸気、及び、気体の吸入口７１と、凝縮された酸＋水＋過剰の気体の排出口７２と、液体又は冷却された気体（例えば、水又は空気）の吸入口７３と、液体又は冷却された気体の排出口７４とを有している。

反応装置２００内において、標準的な雰囲気の条件下で、大気の空気が加えられ、又は、反応装置２００における内部の再循環要素に釣り合いがとれた流れ（上述のような、空気／再循環が１：１から１：１０までの間で変化することができる）にて、吸入口１２０を通じて、モレキュラーシーブス又は他のシステムによって、適度に濾過され、又は、空気の酸素を濃くされる。

なお、反応装置２００内において、脱イオン水が吸入口１３０を通じて加えられ、それら自身が公知のものとして記載されていない、適切なポンプ及び検出器によって水準を維持される。

一度、上述のように低温プラズマ発生装置が始動すると、反応装置２００内において、以下に示す反応が生じる。

上記反応は、反応装置２００の排出口１００から排出される硝酸の蒸気の形成を伴い、同時に、大気の空気において、普通、過剰に含まれている窒素、同様に、水蒸気、酸素、及び、反応しなかった窒素酸化物を用いて発生する。

酸の蒸気、窒素、酸素、水蒸気、及び、窒素酸化物のこの流れは、吸入口７１を通じて凝縮装置７０に入り、冷却され、凝縮され、底部から（排出口７２から）、なお、過剰の窒素と、酸素と、反応しなかった、又は、凝縮されなかった酸化物と、共に排出される。従って、硝酸は、過剰な気体の混合物を伴い、希釈された状態にて、排出口７２によって収集される。

プロセスの必要条件のための液体、又は、冷却気体は、吸入口７３と凝縮装置７０の排出口７４との間を循環する。

図１２は、まさに記載されているプラント３００の詳細であり、本明細書中において、３０１を用いて指定され、図４の反応装置２０２を用いて使用されるものを図示している。

図１３は、この場合において、全体として３０２を用いて指定されている、２倍の硝酸（di nitric acid）を製造するためのプラントの第二の実施形態を図示している。

プラント３０２は、プラント３００としてすでに記載されている構成要素とは別に、凝縮装置７０の下流に配置されている、大気における液体−気体の分離装置８０を含んでいる。

凝縮された生成物と、凝縮装置７０から到着した気体とは、実際に、分離装置８０内に加えられる。後者は、簡素な槽の形状の下にあり、ここで、気体は、凝縮からは自由であり、排出口８２から排出され、ここで、凝縮された生成物は、底部において収集され、排出口８１から排出される。

図１４は、この場合において、全体として３０３として指定されている、硝酸を製造するためのプラントの第三の実施形態を図示している。

プラント３０３は、プラント３００としてすでに記載されている構成要素とは別に、噴霧反応装置９０と、接触反応装置４０とを含んでいる。

特に、凝縮された生成物＋凝縮装置７０から到着した気体は、反応装置９０の吸入口９１に送られ、ここにおいて霧が発生し、なお、脱イオン化された水の極めて微小な滴によって、構成されている。脱イオン水は、吸入口９３を通じて十分な量にて加えられ、１セットのスプレーノズルによって微細に粉砕される。噴霧反応装置９０内に加えられた凝縮物の混合物と気体とは、断熱効果による付加的な冷却に供される。

一実施形態の変形例は、本明細書中において考慮されている噴霧反応装置における、代替の冷却、及び／又は、凝縮装置を備えることができる。

噴霧反応装置９０の排出口９２を通じて、凝縮された生成物と気体とは、数分間から数時間までの滞留時間を目的とする大きさをした接触反応装置４０内を通過する。接触反応装置４０における滞留の間、底部において収集され、凝縮された生成物は、１セットのポンプ４３が排出口４４を通じて下側の部分から吸引し、吸入口４２を通じて、反応装置４０の高い部分において、その生成物を再導入する結果、連続的に再利用される。

凝縮された生成物は、反応装置４０において、１セットのノズル４６を通じて、極めて微小な滴に粉砕されることで、液体−気体の接触表面を非常に大きくすることができる。再循環の割合は、噴霧反応装置から導入した、凝縮された生成物の割合の１〜２０倍までにて変化することができる。

この再循環は、吸入口に存在する残留気体と凝縮された希釈酸との間における徹底的でより長期間の接触を可能にし、水と、窒素酸化物と、前出の工程において反応しなかった酸素との間の反応による付加的な酸の形成を伴い、これにより、反応装置４０の底部にて収集され、下側の排出口４５を通じて排出される酸の最終的な濃度を増大する。

過剰の気体、及び、反応していない気体は、上側の排出口４１を通じて排出される。

図１５は、この場合において、全体として３０４を用いて指定されている、硫酸を製造するためのプラントの好ましい実施形態を図示している。

プラント３０４は、好ましくは、全体として金属材料からできている、１つ以上の硫黄のバーナー３０を含んでいる。特有の金属材料の選択は、硫黄酸化物の蒸気に対する化学的な耐性に依存する。

バーナー３０は、酸素の吸入口３１と、液体又は固体の硫黄吸入口３２とを備えており、後者の場合、吸入口３２は、ホッパーのような形状であり得る。

バーナー３０からの排出口３３において、硫黄酸化物の煙霧が得られる。後者は、１つ以上の冷却器−復熱装置３５の吸入口３４に取り付けられている。

後者は、水蒸気又は過熱した空気の生成を伴う、硫酸の蒸気の冷却器−復熱装置であり、好ましくは、全体として、金属材料からできている。特有の金属材料の選択は、硫酸の蒸気に対する化学的な耐性に依存する。

（複数の）冷却器−（複数の）復熱装置３５からの排出口３６において、冷却された煙霧が得られる。

（複数の）冷却器−（複数の）復熱装置３５は、水又は冷却された空気の吸入口３７と、水蒸気又は過熱された空気の排出口３８とをさらに備えており、それらは、他の用途にさえも供することができる。

（複数の）冷却器−（複数の）復熱装置３５の下流は、すでに記載されたタイプの反応装置が１つ以上、設けられており、その反応装置は、さらに、この場合において、２００を用いて指定されており、脱イオン水又は別の導電性液体の吸入口１２０を有している。煙霧の吸入口１２２と、第二の酸素の吸入口１２３と、反応装置２００内において、反応せず、再循環している酸化物及び酸素の吸入口１２４とが、反応装置２００において、さらに設けられている。排出口１００において、硫酸＋酸化物の蒸気、及び、反応していない酸素。

金属での実施の場合において、この場合においてさえも、そのような反応装置の金属材料の選択は、硫酸の蒸気に対する化学的な耐性に依存する。

反応装置２００の下流において、すでに記載されたタイプの、酸の蒸気の凝縮冷却器７０がさらに設けられている。さらに、この場合において、いくつかの凝縮装置を、１つのみの凝縮装置に替えて、設けることができる。

凝縮装置７０の吸入口７１において、反応しなかった硫酸＋酸化物の蒸気と酸素とが導入され、排出口７２において反応せず、凝縮された硫酸＋酸化物、及び、酸素。

凝縮装置７０の下流において、すでに記載されているタイプである、１つの噴霧反応装置（又は、いくつかの噴霧反応装置）９０が設けられており、それ自身の吸入口９１において、反応していない凝縮物の硫酸＋酸化物、及び、酸素が加えられ、反応せず、凝縮された硫酸＋酸化物と酸素と水の霧との排出口９２において。

後者は、すでに記載されているタイプの１つ以上の接触反応装置４０内に加えられる。

下側の排出口４５において、液体の硫酸が得られる。反応していない酸化物と酸素とは、上側の排出口４１から排出される。

この場合において、排出口４７が、反応装置２００における再循環のために、反応していない酸化物と酸素とを接触反応装置４０から吸引するために設けられている。

液体又は固体の形態である硫黄が、以下に示す反応に従って、二酸化硫黄ＳＯ_２の生成のための、略化学量論的な比率において酸素の吸入を伴い、バーナー３０において燃焼される。

必要とされる酸素は、適切なモレキュラーシーブス又は他の技術を用いて、現地で生成される。ＳＯ_２の構成要素となる、煙霧の燃焼は、冷却器−復熱装置２に入ることにより、約７０〜１００℃の温度にまで上げることができる。

冷却器−復熱装置３５によって回収された熱は、蒸気又は過熱された空気を作り出すために使用することができ、プロセスの必要性に応じて、電気エネルギー又は機械的な動力を作り出すための別の部分において使用される。

ＳＯ_２の冷却された煙霧は、プラズマ反応装置２００に入る。さらに、脱イオン水、及び、付加的な酸素が反応装置２００に入ることにより、以下に示す、最終的な生成反応を得ることができる。

反応装置２００において、接触反応装置４０から到着する、煙霧、酸素、及び、反応していない水の霧は、再循環されもする。

１００℃よりも高い温度にて反応していない、硫酸＋硫黄酸化物の蒸気と、酸素と、水蒸気とは、反応装置２００から排出され、そして、それらは、第二の凝縮装置７０に行き、ここにおいて、水又は空気を用いて冷却することで、それらを約５０〜７０℃の温度に至らせる。

凝縮された酸＋硫黄酸化物と、酸素とは、凝縮装置７４から排出され、噴霧反応装置９０に達し、ここで、１セットのプレーノズル９４という手段によって微小に粉砕された、少量の付加的な脱イオン水が加えられる。

凝縮された生成物と噴霧反応装置９０内に加えられた気体との混合物は、断熱効果によって、第二の冷却に供される。

噴霧反応装置の後、凝縮された生成物と気体とは、数分間から数時間までの滞留時間を目的とする大きさをした接触反応装置４０内を通過する。

接触反応装置における永続性の間、底部において収集された凝縮された生成物は、１セットのポンプ４３が排出口４４を通じて下側の側面から吸引し、その接触反応装置が、吸入口４２を通じて、反応装置４０の上側の側面においてその生成物を再導入する結果、連続的に再利用される。

凝縮された生成物は、上述の組になっているノズル４６という手段によって、反応装置内において、極めて微小な滴状に粉砕されることで、液体−気体の接触面の表面を非常に大きくすることができる。

再循環の割合は、噴霧反応装置９０から導入した、凝縮された生成物の割合の１〜２０倍までにて変化することができる。

この再循環は、吸入口に存在する残留気体と凝縮された希釈酸との間における徹底的でより長期間の接触を可能にし、水と、硫黄酸化物と、前出の工程において反応しなかった酸素との間の反応による付加的な酸の形成を伴い、これにより、反応装置４０の底部にて収集され、下側の排出口４５を通じて排出される酸の最終的な濃度を増大する。

過剰な気体と反応していない気体とは、上側の排出口４１を通じて排出される。

発生装置、反応装置、及び、プラントに対して上述されている、全ての吸入口、排出口及び排出口（port）は、ダクト、ブロック、又は、その他の形状の下にあることができる。

本発明の付加的な目的は、低温プラズマという手段による、酸、好ましくは、硝酸、又は硫酸を製造するための化学的プロセスである。

低温プラズマは、好ましくは、本明細書中に記載されている実施形態の１つに従った反応装置２０１、２０２に含まれている、本明細書中において記載されている実施形態の１つに従った、発生装置１０１、１０２を用いて発生させることができる。

本発明のプロセスにおける一実施形態によれば、外部電極２、及び、内部に配置された電極１を含んでいる発生装置を使用することで、それらの間におけるプラズマ発生領域１２１を規定することができる。内部の１、及び／又は、外部の２の電極は、電源１５、１６によって供給されることで、それらの間のプラズマ発生領域１２１において、電位差が規定される。電極は、他方のものに対して一方のものが回転し、好ましくは、内部電極１が、回転可能であり、外部電極２が固定されている。

発生装置における、外部２及び内部１の電極を配置することができることによって、個別の長手方向軸Ｌは、実質的に平行、又は、一致しており、上述の軸に共通の方向は、好ましくは、関連する回転の軸Ａのそれにも一致している。外部２及び内部１の電極は、例えば、実質的には鉛直な、内部電極１の長手方向軸Ｌに対して、同軸上に、又は、偏心して、配置されている。

一実施形態によれば、プロセスにおいて、発生装置が使用され、その発生装置の第二の電極は、液体電極５２２であり、好ましくは、この実施形態において、発生装置１１１、１１２、１１３を配置することにより、第一の電極５１の長手方向軸Ｌを、液体電極５２２の自由表面１８に対して、実質的に平行にすることができる。上述されているような、本体５２が、さらに設けられており、第一の電極を囲い、少なくとも部分的に液体電極５２２に浸漬されている。液体電極５２２は、好ましくは、プラズマ発生領域５２１に入る蒸気を発生することによって、プラズマ発生領域５２１に入る気体を冷却するために使用される。この実施形態において有利なことに、第一の５１、及び、第二の５２２の電極は、液体電極５２２の水準を制御することによって、調整することができる。

好ましい実施形態によれば、化学プロセスのための発生装置１０１、１０２の電極は、例えば、上述の駆動手段を用いることによって、約２８００ｒｐｍの最大回転速度にて誘導することができる。

本発明の化学プロセスにおいて、気体は、上述のプラズマ発生領域１２１を通じて加えられることにより、プラズマガスを得ることができる。

本発明の化学プロセスの一実施形態によれば、プラズマ発生領域１２１を横断したプラズマガスの一部は、その領域自身において再循環している。

好ましくは、プラズマガスのうちの再循環される一部は、発生装置から離れるプラズマガス、又は、プロセスのさらなる工程のために反応装置から離れる酸に対して、１：１０〜１０：１までの範囲内で含まれる割合にある。再循環は、例えば、上述のような反応装置において配置されている、上述の再循環排出ドアという手段によって行ない得る。

本発明の化学プロセスは、例えば、上述の実施形態のいずれか１つに従って、凝縮装置７０を用いることにより、反応装置内において、酸、及び、気体／蒸気を凝縮する付加的な工程と、場合によって、上述の凝縮工程の下流において、液体−気体の分離工程とを含み得る。そのような液体−気体の分離工程において、液体−気体の雰囲気の分離装置８０が上述されているように配置され、使用され得る。化学プロセスは、凝縮工程の下流において、少なくとも付加的な冷却工程をさらに含み得、好ましくは、上述の付加的な冷却工程は、上述の実施形態のいずれか１つに従って、噴霧反応装置９０において行われ得る。

化学プロセスは、上述の凝縮工程の下流にて、好ましくは、冷却工程の下流にて、酸生成物を増やすのに適している、さらなる反応工程をさらに含み得る。酸生成物の増加は、上述の実施形態のいずれか１つに従って、例えば、接触反応装置４０における凝縮した酸と蒸気との間の接触面積の増大をもたらすことによって得られ得る。

有利な実施形態に従って、本発明の化学プロセスは、例えば、本反応に従ってＨ_２ＳＯ_４を製造することに使用される。

プロセスは、硫黄の煙霧を生成するための工程、例えば、硫黄の煙霧を生成するのに適しており、硫酸を形成するための反応を行なう反応装置の上流に配置されている硫黄のバーナーにおいて、硫黄の煙霧を生成するための工程を含み得る。硫黄の煙霧は、それらがプラズマ発生領域１２１に吸入される前に、上述されたような冷却装置において冷却工程に供され、そして、上述の実施形態のいずれか１つに従って、反応装置内に加えられる。反応に必要な酸素は、例えば、適切なモレキュラーシーブス、又は、他の技術を用いて、現地で生成し得る。

別の好ましい実施形態に従って、本発明の化学プロセスは、本明細書中において記載されている実施形態のいずれか１つに従って、反応装置内に大気の空気を加えることにより、ＨＮＯ_３を製造するために使用され、そのような反応装置において、硝酸は、以下に示す反応に従って、形成され得る。

本発明の化学プロセスの目的は、上述の実施形態のいずれか１つに従って、プラント内において、実施され得る。

本発明の発生装置と反応装置とプラントとは、特定の吸入される物質に従って、中間生成物を含む、任意の化学物質を製造するために使用され得る。

本発明は、硝酸、硫酸、硝酸カルシウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、ＮＯ、ＮＯ_２、及び、ＮＯ_ｘ等のような化合物を製造するための、大気の低温プラズマの使用に関連している全てのプロセスの技術においてのみならず、この技術を用いて展開し得る他の任意の化学プロセスに適用することができる。

本発明は、好ましい実施形態を参照して、ここまで記載されている。それは、本明細書において以下に提出されている特許請求の範囲の保護範囲によって規定されているように、同じ発明の中心に属している、別の実施形態が存在していることを意味している。

本発明の第一の実施形態に基づく低温プラズマ発生装置の縦断面における概略図を示している。 図１の装置の実施形態のうちの、変形例の縦断面における概略図を示している。 図１の装置を組み込んでいる反応装置の縦断面における概略図を示している。 図１の実施形態に基づいて実施される、一組の発生装置の夫々を組み込んでいる反応装置の縦断面における概略図を示している。 本発明の第二の実施形態に基づく低温プラズマ発生装置を組み込んでいる反応装置の縦断面における概略図を示しており、当該反応装置は、第一の操作モードで示されている。 図５の反応装置の縦断面における概略図を示しており、第二の操作モードで示されている。 第一の実施形態の変形例としての図５の装置を組み込んでいる反応装置の縦断面における概略図を示している。 第二の実施形態の変形例としての図５の装置を組み込んでいる反応装置の縦断面における概略図を示している。 本発明の第三の実施形態に基づく低温プラズマ発生装置、又は、反応装置の縦断面における概略図を示している。 本発明の付加的な実施形態に基づく低温プラズマ発生装置、又は、反応装置の縦断面における概略図を示している。 図５の反応装置の正面の概略図を示している。 図５の実施形態に基づいて実施される、一組の発生装置の夫々を組み込んでいる反応装置の正面の概略図を示している。 前出の図面のいずれか１つに基づく、第一の実施形態としての化学プラント、又は、低温プラズマ発生装置を組み込んでいる装置、及び／又は、関連する反応装置の基本ブロック図を示している。 図４の反応装置を組み込んでいる変形例に属する、図１１のプラントを示している。 図１〜１０のいずれか１つに基づく、第二の実施形態としての、化学プラント、又は、低温プラズマ発生装置を組み込んでいる装置、及び／又は、関連する反応装置の基本ブロック図を示している。 図１〜１０のいずれか１つに基づく、第三の実施形態としての化学プラント、又は、低温プラズマ発生装置を組み込んでいる装置、及び／又は、関連する反応装置の基本ブロック図を示している。 図１〜１０のいずれか１つに基づく、第五の実施形態としての化学プラント、又は、低温プラズマ発生装置を組み込んでいる装置、及び／又は、関連する反応装置の基本ブロック図を示している。

Claims (23)

1. 硝酸、硫酸、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸カルシウム、ＮＯ、ＮＯ_２、ＮＯ_ｘ、Ｎ_ｘＯ_ｘ、又は、酸化された揮発性有機化合物のいずれかを、反応装置（２１１、…、２１４）において、低温プラズマという手段によって製造するためのプロセスであって、
   第一の電極（５１）、及び、第二の電極（５２２）を含み、一方に対して他方を配置することにより、それらの間にプラズマ発生領域（５２１）を規定している、上記反応装置（２１１、…、２１４）の発生装置（１１１、１１２、１１３）中において、上記低温プラズマを発生し、
   その第一の電極（５１）及び／又は第二の電極（５２２）は、電源（１５、１６）によって供給されることで、電位差を、それらの間における、上記プラズマ発生領域（５２１）に定め、
   気体に、上記プラズマ発生領域（５２１）を横断させることによって、プラズマガスを得、
   上記第二の電極（５２２）は液体電極であり、
   上記第一の電極（５１）は、回転可能であり、２８００ｒｐｍの最大回転速度にて駆動する、プロセス。
2. 上記プラズマ発生領域（５２１）を横断した上記プラズマガスが、上記プラズマ発生領域（５２１）に再循環され、上記プラズマガスのうちの再循環される一部は、プロセスのさらなる工程に向けて、上記発生装置、又は、上記反応装置を離れる上記プラズマガスに対して、１：１０〜１０：１の範囲内に含まれる割合にある、請求項１に記載のプロセス。
3. 硝酸、硫酸、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸カルシウム、ＮＯ、ＮＯ_２、ＮＯ_ｘ、Ｎ_ｘＯ_ｘ、又は、酸化された揮発性有機化合物のいずれかを製造するためのプロセスにおいて使用するのに適している、低温プラズマの発生装置（１１１、１１２、１１３）であって、
   その装置（１１１、１１２、１１３）は、第一の電極（５１）、及び、第二の電極（５２、５２２）を含んでおり、それらの間にプラズマ発生領域（５２１）を規定するように配置されており、
   その第一の電極（５１）及び／又は第二の電極（５２、５２２）は、電源（５１５、５１６）に接続されているか、又は、接続可能であることで、使用において、電位差を上記プラズマ発生領域（５２１）に定め、
   その装置（１１１、１１２、１１３）は、上記プラズマ発生領域（５２１）を横断すべき気体のための吸入口（５８、５５）、及び、上記プラズマ発生領域（５２１）を横断しているプラズマガスのための少なくとも１つの再循環排出口（５５、５８）を有しており、
   上記装置（１１１、１１２、１１３）は、上記第二の電極（５２、５２２）が、液体電極であるように構成されており、
   上記第一の電極（５１）は、回転可能である、低温プラズマの発生装置（１１１、１１２、１１３）。
4. 本体（５２）を含み、上記本体（５２）内に、上記第一の電極（５１）が、少なくとも部分的に受け入れられている、請求項３に記載の発生装置（１１１）。
5. 吸入口（５８、５５）及び／又は少なくとも１つの再循環排出口（５５、５８）が、本体（５２）に収められており、上記吸入口（５８、５５）、又は、少なくとも１つの上記再循環排出口（５５、５８）は、上記本体（５２）の端に配置されており、少なくとも１つの上記再循環排出口（５５、５８）及び上記吸入口（５８、５５）は、上記本体（５２）の側壁又は縁に配置されている、請求項３に記載の発生装置（１１１）。
6. 本体（５２）は、プラズマガスのための複数の再循環排出口（５５）を有しており、その排出口（５５）は、上記本体（５２）の側壁又は縁に配置されており、上記本体（５２）及び第一の電極（５１）は、夫々の長手方向軸（Ｌ）が実質的に平行又は一致しており、軸の共通の方向は、上記第一の電極（５１）の回転の軸（Ａ）のそれに対しても一致しているか、上記本体（５２）及び上記第一の電極（５１）は、同軸上に、又は偏心して配置されており、装置は、プラズマ発生領域（５２１）を通じて気体を引き込むのに適している気体吸入手段（５４）を含んでいる、請求項４または５のいずれか１項に記載の発生装置（１１１）。
7. 本体（５２）の断面積は、第一の電極（５１）の上記断面積よりも２５〜１００倍の大きさを有しており、上記本体（５２）の直径は、上記第一の電極（５１）の直径よりも５〜１０倍の大きさを有しており、上記本体（５２）は、それらの側壁又は縁に配置されている、少なくとも１つの液体吸入口（５５５）を有しており、当該配置にすることで、上記液体吸入口（５５５）が、上記本体（５２）を液体電極（５２２）に部分的に浸漬することを可能にし、少なくとも１つの上記液体吸入口（５５５）及び少なくとも１つの上記再循環排出口（５５、５８）は、上記本体（５２）の夫々の一部において、実質的に一方が他方に直交して配置されている、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発生装置（１１１）。
8. 気体吸入手段（５４）は、回転翼又は羽根車を含んでおり、後者は、回転可能な第一の電極（５１）に対し、接続されており、固定されており、上記回転翼又は羽根車は、少なくとも部分的に、プラスチック材料でできている、請求項６に記載の発生装置（１１１）。
9. 気体吸入手段は、本体（５２）の外側に配置されている、回転翼又は羽根車（６４）を含んでいる、請求項６〜８のいずれか１項に記載の発生装置（１１２）。
10. 気体吸入手段は、本体（５２）の内径の７０〜９５％の範囲内に含まれる直径を有している回転翼又は羽根車（５４）を含んでいる、請求項６に記載の発生装置（１１１）。
11. 第一の電極（５１）と第二の電極（５１、５２２）との間に放電を引き起こすためのトリガー手段（５３）を含んでおり、上記トリガー手段（５３）は、尖端効果に基づいていて、上記第一の電極（５１）に接続されている、請求項３〜１０のいずれか１項に記載の発生装置（１１１）。
12. 請求項３〜１１のいずれか１項に記載の発生装置（１１１、１１２、１１３）と、上記発生装置（１１１、１１２、１１３）における第一の電極（５１）、及び／又は、第二の電極（５２、５２２）に接続されているか、又は、接続可能である高い周波数又は高い電圧の発生装置と、
    上記発生装置（１１１、１１２、１１３）における上記電極（５１、５２、５２２）のうちの１つを、２８００ｒｐｍの最大回転速度で、回転するように駆動させるのに適しているモータと、を含んでいる、発生装置のアセンブリ。
13. 硝酸、硫酸、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸カルシウム、ＮＯ、ＮＯ_２、ＮＯ_ｘ、Ｎ_ｘＯ_ｘ、又は、酸化された揮発性有機化合物を製造するためのプロセスにおいて使用するのに適している、反応装置（２１１、…、２１４）であって、
    その装置（２１１、…、２１４）は、少なくとも１つの請求項３〜１１のいずれか一項に記載の発生装置（１１１、１１２、１１３）、又は、請求項１２に記載の発生装置のアセンブリを含み、上記反応装置（２１１、…、２１４）は、少なくとも１つの上記発生装置（１１１、１１２、１１３）において発生したプラズマガスが関与する反応によって上記反応装置において得られた気体／蒸気を出すための少なくとも１つの排出口（５１０）を有している、反応装置（２１１、…、２１４）。
14. その装置（２１１）は、少なくとも１つの発生装置（１１１、１１２、１１３）における液体電極（５２２）を受け入れるのに適している槽領域（５８０）を有している、請求項１３に記載の反応装置（２１１）。
15. 外部のケーシング（５１１）と、少なくとも部分的に上記ケーシング（５１１）の内部に配置されている、少なくとも１つの上記発生装置（１１１、１１２、１１３）と、液体電極（５２２）の水準を、制御及び／又は調整するための手段（５１８）と、を含んでおり、上記ケーシング（５１１）は、槽領域（５８０）を規定している、請求項１３又は１４に記載の反応装置（２１１）。
16. 上記ケーシング（５１１）は、導電性液体吸入口（５１３）及び気体吸入口（５１２）を有しており、一方が他方に隣接して配置されており、上記ケーシング（５１１）は、その上端の一部に配置されている、気体／蒸気の排出口（５１０）を有している、請求項１５に記載の反応装置（２１１）。
17. 少なくとも１つの上記発生装置（１１１、１１２、１１３）は、第一の電極（５１）の長手方向軸（Ｌ）が、実質的に水平なように配置されている、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の反応装置（２１１）。
18. 請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の反応装置（２１１、…、２１４）、又は、請求項３〜１１のいずれか１項に記載の発生装置（１１１、１１２、１１３）；と、
    上記反応装置（２１１、…、２１４）、又は、上記発生装置（１１１、１１２、１１３）に動作可能なように接続されていることで、そこから出された気体／蒸気を投入するように受け入れる凝縮装置（７０）と、を含んでいる、化学プラント（３００、…、３０５）。
19. 上記凝縮装置（７０）の下流に配置されている、液体−気体分離装置（８０）をさらに含む、請求項１８に記載の化学プラント（３０２）。
20. 上記凝縮装置（７０）の下流に配置されている、少なくとも１つの冷却装置（９０）をさらに含んでおり、当該冷却装置は、霧反応装置（９０）、及び、上記凝縮装置（７０）の下流及び少なくとも１つの冷却装置（９０）の下流に配置されている、少なくとも１つの接触反応装置（４０）を含んでいる、請求項１８に記載の化学プラント（３０３、３０４）。
21. 接触反応装置（４０）は、凝縮した生成物の循環手段（４２〜４４）を含んでいる、請求項２０に記載の化学プラント（３０３、３０４）。
22. 反応装置（２１１、…、２１４）における上記接触反応装置（４０）から気体を引き寄せるのに適している、上記接触反応装置（４０）と上記反応装置（２１１、…、２１４）との間の連絡手段（４７、４８、１２４）をさらに含み、冷却装置（９０）、及び／又は、上記接触反応装置（４０）は、（複数の）装置内で受け取った、凝縮された生成物の霧状化手段（９４、４６）を含んでいる、請求項２０又は２１に記載の化学プラント（３０４）。
23. 硫黄の煙霧を生成するのに適しており、上記反応装置（２０１、２０２）の上流に配置されている、少なくとも１つの硫黄のバーナー（３０）をさらに含んでおり、バーナー（３０）の下流、及び、上記反応装置（２０１、２０２）の上流に配置されている、少なくとも１つの冷却装置（３５）を含んでおり、硝酸、又は硫酸を製造する、請求項１８に記載の化学プラント（３０４）。

Images