TWI448657B - 一種使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法及應用該方法之爆轟反應器 - Google Patents

Description

一種使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法及應用該方法之爆轟反應器

本發明係一種能連續產生氣體逆流爆轟衝擊波(Detonation Wave)並利用爆轟衝擊波的高溫高壓特性連續進行化學反應的方法及使用該方法的爆轟反應器，可以有效的應用於半導體產業的全氟化物PFCs廢氣處理、VOC廢氣處理、油品或有機固體的高溫氣化。

爆轟(Detonation)是指可燃性氣體與適量的空氣或氧氣之氣體混合物，存在於一管狀容器中，在管內某一點將氣體混合物點燃時，火焰面會非常快速進行稱為爆燃(Deflagration)，並與其進行方向前方之壓縮波結合生成衝擊波，然後會突然增加燃燒傳播速度，使其速度達音速以上並趨於安定，此現象稱為爆轟，而此局部經壓縮產生衝擊波的反應區域稱為爆轟衝擊波(Detonation Wave)。爆轟衝擊波通過後，氣體混合物的化學組成即發生變化，此爆轟衝擊波若撞擊到物質，不但在極短時間內給予強烈的衝擊壓力及高溫，同時也會產生機械的破壞作用。

有關氣體爆燃與爆轟的研究，始自十九世紀末，但是絕大部分的研究都著重在爆炸防止、防災、武器、炸藥、爆炸與爆破工程相關的研究；近年來，還有部分研究是著重在利用爆轟衝擊波產生超音速的特性，發展超音速高速飛行器或各種武器應用。

進行爆轟過程的理論分析時，可以將爆轟所產生的物理現象與化學反應簡化為一個含化學反應的一維定常傳播的爆轟衝擊波強間斷面。對於爆轟衝擊波的強間斷面兩側的混合氣體狀態，可以建立三個守恆方程，分別為質量守恆、動量守恆及能量守恆，如下列方程式所示：

ρ₁ (D₂ -u₁ )=ρ₂ (D₂ -u₂ )..........................(1)

P₁ +ρ₁ (D₂ -u₁ )² =P₂ +ρ₂ (D₂ -u₂ )² .................(2)

其中，狀態1為爆轟衝擊波前尚未進行反應的狀態，狀態2為爆轟衝擊波後已進行反應的狀態。E為氣體能量、D為爆轟衝擊波傳遞速度、P為氣體壓力、u為氣體速度、ρ為氣體密度。

而伴有化學反應和釋放部分反應熱Q的理想氣體，其狀態方程可以寫成：

其中，γ=，Cp為定壓比熱、Cv為定容比熱。方程式(3)及方程式(4)中不僅包括物質熱運動的內能，而且還包括化學反應能。在激波關係中E=E(P,V)，而在爆轟衝擊波關係中由於存在化學反應，因此，能量E除了是壓力P與體積V的函數以外，也與化學反應進展所伴隨產生的反應能量有關，亦即E=E(P,V,λ)，其中λ為化學反應進展度。λ=0表示尚未進行化學反應的初始狀態；λ=1表示反應終態。

由方程式(1)和方程式(2)用無因次參數表達，可以得到火焰速度與波面兩側狀態參數的關係式為：

其中M為火焰面相對於前驅衝擊波通過後的狀態的馬赫數，c為音速。由方程式(3)和方程式(4)用無因次表示可以得到Hugoniot方程式，

其中

由方程式(5)和方程式(7)聯立，可求得火焰陣面後的氣體密度參數與壓力參數為：

其中

在方程式(10)中的正號『+』A及方程式(11)中的負號『-』A對應爆轟支的弱解，而方程式(10)中的負號『-』A及及方程式(11)中的正號『+』A對應爆燃支的強解。當A=0時，在在爆轟支和爆燃支上各有一個唯一的解，這兩個解分別被稱為CJ爆轟解和CJ爆燃解。對於CJ爆轟解，此時火焰陣面已經趕上前驅衝擊波陣面。根據CJ理論，只考慮反應的初態和終態，不接觸反應區的參數，對於CJ爆轟參數，可以通過質量守恆、動量守恆、能量守恆，再加上CJ爆轟的條件，聯立得出。CJ爆轟速度或者CJ爆燃速度值可以通過唯一解的條件A=0得出，其對應的CJ壓力P_CJ 及CJ氣體體積V_CJ 分別為：

其中

氣體爆燃與爆轟與一般的化學反應主要的差異在於爆燃及爆轟是以反應波的形式按照一定的速度傳播前進、自動進行。燃燒反應的能量是經由熱傳導、熱輻射及燃燒氣體產物的擴散作用傳遞到尚未燃燒的反應物；爆轟則是利用爆炸衝擊波的強大衝擊壓縮作用，將能量傳遞給尚未燃燒的反應物。傳統技藝使用的燃燒反應的傳遞速度通常低於音速，每秒數毫米到每秒數公尺；爆轟過程的爆轟衝擊波傳播速度則遠大於聲速，其速度一般高達每秒數千公尺，例如氫氣(20%)在空氣中的爆炸衝擊波速度可達每秒1700公尺。傳統的燃燒過程的傳播，易受外界條件尤其是環境壓力的影響；但是爆轟的爆炸衝擊波的傳遞速度極快，且幾乎不受外界條件的影響，其爆轟速度在一定條件下是一個固定的常數。

本發明是利用爆轟理論創造出一種使用爆轟技術進行化學反應的方法及應用該方法之爆轟反應器，利用所創作之爆轟反應器連續產生氣體逆流爆轟衝擊波，並利用爆轟衝擊波的高溫高壓特性連續進行化學反應，可以有效的應用於半導體產業的全氟化物PFCs廢氣處理、VOC廢氣處理、油品或有機固體的高溫氣化、活性炭製造、人造奈米鑽石製造、奈米材料製造、奈米燃料電池製造等廣泛的用途。

本發明之主要發明目的在於提供一種使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法及應用該方法之爆轟反應器，包含：將可燃性氣體反應物連續送入爆轟反應器；將需要使用高溫反應或破壞的化學反應物連續噴注進爆轟反應器；將空氣/氧化劑/助劑連續注入爆轟反應器；利用爆轟促進器促進可燃性氣體反應物、化學反應物及空氣/氧化劑/助劑的混合；利用安裝於爆轟促進器下游端的點火裝置組將混合氣體點燃；利用爆轟促進器使得該混合氣體回火產生逆流爆轟；當爆轟衝擊波抵達爆轟反應器進料端時利用爆轟衝擊波使得火焰熄焰；利用爆轟衝擊波的反震波將反應產物排除爆轟反應器；然後連續重複氣體反應物及化學反應物的混合、點燃、逆流爆轟、熄焰的程序，使得化學反應物能連續利用爆轟衝擊波的高溫、高壓進行反應或破壞。

對於氣體爆轟的研究，由於往日大部分著重在爆轟的爆炸能量的產生及應用，或者著重考量如何防止爆炸能量所產生的破壞力，因此，以往的研究均採用進料與點燃屬於同一方向的同向爆轟(Co-current Detonation)。為了控制同向爆轟的產生，氣體供應需要採用半批次(semi-batch)進料方式，亦即，其程序為：進行定量進料完畢、關閉進料閥門、點燃氣體、開啟排氣閥門進行排氣、關閉排氣閥門、然後再度開啟進料閥門，重複進料、點燃、排氣的半批次進料程序。根據文獻查考與專利查考結果，迄今，並無利用連續式爆轟技術作為化學反應能量的技術報導與研究，亦無逆流式爆轟技術的揭露。

本發明的方法，則是讓可燃性氣體進料的位置與混合氣體被點燃的位置分別位在爆轟反應器的兩端，以相反的方向進行，因此，可燃性氣體反應物及化學反應物可以連續進料、俟可燃性氣體混合物流動到達點火裝置組的位置時，被持續產生電漿火花的點火裝置點燃，驅使火焰朝著逆流方向往進料端將反應器內的可燃性氣體完全燃燒並產生爆轟衝擊波，俟爆轟衝擊波的超音速高壓波前抵達進料位置時，利用爆轟衝擊波的震壓將火焰熄滅，此時，進料持續進行，繼續沿著反應器流動方向前進，抵達點火位置，重複進料、點燃、爆轟、熄焰的程序，這是利用爆轟物理特性進行連續性爆轟，提供高溫高壓反應條件的創新做法；應用這種方法設計而成的爆轟反應器，業經發明人開發實際機台進行重複測試，確認爆轟衝擊波頻率、爆震壓及反應溫度可以成功且有效的調控，而且操作上完全無安全疑慮。

又根據爆轟理論，在管道內由燃燒轉換到爆轟現象，所需要的管道長度與管徑、管壁粗糙度、阻礙物有關，通常所需管長約為管道直徑的60至72倍，使得爆轟技術應用在反應器設計時，如擬採用較大管徑就有實質上的困難度。本發明則在爆轟反應器內，安裝爆轟促進器，增加氣體在反應器內的擾流，有效的縮短氣體在管道內產生爆轟現象所需要的長度，使得爆轟反應器的設計與操作變成簡單而且可控制，且爆轟反應器的可燃性氣體反應物及化學反應物進料量也不再受限。

本創作的應用範圍包含：半導體及其他工業製程之全氟化物、有機廢氣、揮發性有機廢氣等有害廢氣之處理，例如：SiH₄ 、CF₄ 、CHF₃ 、C₂ F₆ 、NF₃ 等廢氣處理；以及VOC廢氣處理、油品或有機固體的高溫氣化、活性炭製造、人造奈米鑽石製造、奈米材料製造、奈米燃料電池製造等廣泛的用途。由於使用爆轟的瞬間高溫高壓條件取代傳統耗能的高溫加熱及加壓程序，因此，可以很顯著的達到能源節約的目的。

為使對本創作有較佳之了解，特就下列圖示為例作為本發明之一較佳實施例說明如下。

本發明之主要發明目的在於提供一種使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法及應用該方法之爆轟反應器，如第1圖所示；使用本發明之方法及其運作方式，詳如第2圖所示。附圖為使用本發明之方法的一較佳實施例，以下並說明其原理及運作方式。

首先，可燃性氣體反應物10連續經可燃性氣體反應物進料管12送入爆轟反應器本體60，需要使用高溫反應或破壞的化學反應物20連續經由化學反應物進料管22噴注進爆轟反應器本體60內，同時，將化學反應所需之空氣/氧化劑/助劑30經由空氣/氧化劑/助劑進料管32連續注入爆轟反應器本體60內。

可燃性氣體反應物10、化學反應物20及空氣/氧化劑/助劑30應在點火裝置組80先行啟動後，才可進行進料而不受爆轟衝擊波的影響。要停止本發明之爆轟反應器1的操作，則要先將可燃性氣體反應物10及化學反應物20停止進料，然後才關閉點火裝置組80，以確保系統的安全操作。

爆轟反應器1的可燃性氣體反應物進料管12可以是單一進料管或是為多數個進料管，以利多數種可燃性氣體反應物10可以同時連續進料。化學反應物進料管22也可以是單一進料管或是為多數個進料管，以利多數種化學反應物20可以同時連續進料。空氣/氧化劑/助劑進料管32也可以是單一進料管或是為多數個進料管，可以接受空氣、惰性氣體、氧氣、水、催化劑等的同時連續進料。

其次，利用安裝在本發明之爆轟反應器1的爆轟反應器本體60內部的爆轟促進器70促進可燃性氣體反應物10、化學反應物20及空氣/氧化劑/助劑30的混合，使得氣體混合物在爆轟反應器本體60內，均勻的由進料端50往反應產物出口100方向流動，如第2圖進料步驟110至充滿步驟120所示。當氣體混合物抵達安裝於爆轟促進器70下游端的點火裝置組80位置時，氣體混合物將被點火裝置組80點燃，如第2圖點燃步驟130所示。由於在點火裝置組80下游並無可燃性氣體，因此，火焰會往爆轟反應器1的進料端50方向回火，產生逆流火焰，如第2圖爆燃步驟140所示；火焰再經過爆轟促進器70提供良好的混合，使得該可燃性氣體混合物快速燃燒、增溫、增壓、增速，進而產生逆流爆轟(Countercurrent Detonation)，如第2圖爆燃加速步驟150所示。爆轟衝擊波繼續壓縮可燃性氣體混合物進行反應，並繼續加速達到CJ衝擊波速度，如第2圖爆轟步驟160所示。當爆轟衝擊波抵達爆轟反應器1的進料端50時，利用爆轟衝擊波的瞬間壓力，使得火焰熄焰，如第2圖熄焰步驟170所示；由點燃步驟130進行到熄焰步驟170的速度極快，所需時間只需幾毫秒到零點幾秒的時間，視爆轟促進器70的設計而定。爆轟反應器1的反應器出口法蘭90與後續設備連接，操作時利用爆轟衝擊波的反震波將反應產物100由反應器出口法蘭90排出，如第2圖反震排出步驟180所示。進行上述過程時，進料均可以穩定的繼續進行，並連續重複可燃性氣體反應物10、化學反應物20及空氣/氧化劑/助劑30的混合、點燃、逆流爆轟、熄焰的程序，使得化學反應物20能在爆轟反應器1內連續利用爆轟衝擊波的高溫、高壓進行反應或被破壞。

安裝在爆轟反應器1的爆轟反應器本體60內的爆轟促進器70，目的是促進可燃性氣體反應物10、化學反應物20及空氣/氧化劑/助劑32的充分混合，其次，當混合氣體被點燃後，爆轟促進器70則需要能促使混合氣體的燃燒反應快速的被加速而又爆燃轉化成為爆轟。因此，爆轟促進器70可以採用能提供強烈攪拌的靜態攪拌器方式設計如第3圖所示，利用導流式螺旋片71及導流式螺旋片72的組合，進行旋轉混合及切割而達到攪拌效果；氣體混合物因導流式螺旋片71及72的旋轉流動作用，會產生強制攪拌混合作用。其作用原理係利用氣體混合物經過導流式螺旋片71及導流式螺旋片72組合成的爆轟促進器70後，會使氣體混合物形成渦流式旋轉，並且藉由葉片將氣體混合物分割、匯流產生強制混合作用力，因此，在不使用動力裝置下，可達到強制混合的效果。

導流式螺旋片71及導流式螺旋片72的葉片可以設計成扭轉180度或任意角度的左旋形態或右旋形態，組合葉片一片一片相接時，可以將左旋形態的葉片、右旋形態的葉片交替組合，或全部使用同一方向的旋轉葉片，每一葉片間並成90度角安裝。當液體流經第一導流式螺旋葉片71時，若以順時針方式旋轉流動，將被切割成二等份；當流動至第二導流式螺旋葉片72時，則可以同方向或以逆時針方向旋轉流動，再被切割一次二等份；並且重複以上動作，如此，流體流經第n片導流式螺旋片時將切割成2ⁿ 份加上流體的強制旋轉混合，而達到良好的混合效果。根據實驗結果，當n3就能產生良好且快速的爆燃轉換為爆轟衝擊波的效果。

對於需要延長爆燃時間以便進行長時間高溫反應的情況，則爆轟促進器70可以設計為弱攪拌的情況，此時，爆轟促進器70可以採用如第4圖及第5圖所示意的設計，採用環狀螺旋管73或類似的弱攪拌設計。使得氣體混合物被點火裝置組80點燃後，火焰往爆轟反應器1的進料端50方向回火時，爆燃區會延長，以提供化學反應物20較長時間的高溫滯留時間，並且較溫和的轉變為爆轟，其控制也變得較容易。

由於火焰往爆轟反應器1的進料端50方向回火時，爆轟速度極快，爆轟的頻率主要由可燃性氣體反應物10、化學反應物20及空氣/氧化劑/助劑30混合物的進料率及爆轟反應器1的操作溫度及壓力決定，進料速率越快、溫度越高、壓力越低，則爆轟頻率越高。爆轟衝擊波的速度、溫度、壓力主要取決於可燃性氣體反應物的濃度、組成、溫度及壓力，與進料速度無關。

爆轟反應器1的點火裝置組80可以採用單支點火裝置，如第6圖所示；也可以採用二支點火裝置，如第7圖所示；也可以採用三支點火裝置，如第8圖所示；也可以採用四支點火裝置，如第9圖所示。也可以採用四支以上任何支數點火裝置，可以部分或全部使用；或者部分使用且可以線上切換、更換，但是，至少要維持有一支或以上的點火裝置在使用中，以確保氣體混合物確實的被點燃，使得爆轟反應器1可以全年操作無需停機維修保養。點火裝置組80可以採用一般車用火星塞。

可以使用作為爆轟反應器1的可燃性氣體反應物10的氣體燃料可以是氫氣、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、乙炔或其他由製程分離出來的回收氣體燃料。以使用氫氣作為可燃性氣體反應物10為例時，在常壓的爆轟反應器1內產生的逆流爆轟衝擊波的壓力與氫氣濃度之關係如第10圖所示，氫氣濃度約8%開始就會產生爆轟現象，其濃度漸增爆轟衝擊波的壓力也漸增；當氫氣濃度約達到31%時，爆轟衝擊波壓力達到16 bar的最高壓力；其後，若氫氣濃度續增，爆轟衝擊波壓力則漸減。氫氣會產生爆轟的濃度範圍約為9%至56%。

在常壓的爆轟反應器1內產生的逆流爆轟衝擊波的溫度與氫氣濃度之關係如第11圖所示，氫氣濃度約8%開始其濃度漸增爆轟衝擊波的溫度也從1280 K漸增；當氫氣濃度約達到31%時，爆轟衝擊波溫度達到2980 K的最高溫度；其後，若氫氣濃度續增，爆轟衝擊波溫度則漸減。

在常壓的爆轟反應器1內產生的逆流爆轟衝擊波的速度與氫氣濃度之關係如第12圖所示，氫氣濃度約8%開始其濃度漸增爆轟衝擊波的速度也從1164 m/s漸增；當氫氣濃度約達到30%時，爆轟衝擊波速度達到1971 m/s；其後，若氫氣濃度續增，爆轟衝擊波速度續增，當氫氣濃度達56%時，爆轟衝擊波的速度可達2222 m/s。

以使用丙烷作為可燃性氣體反應物10為例時，在常壓的爆轟反應器1內產生的逆流爆轟衝擊波的壓力與丙烷濃度之關係如第13圖所示，丙烷濃度約0.8%開始就會產生爆轟現象，其濃度漸增爆轟衝擊波的壓力也漸增；當丙烷濃度約達到4.8%時，爆轟衝擊波壓力達到19 bar的最高壓力；其後，若丙烷濃度續增，爆轟衝擊波壓力則漸減。丙烷會產生爆轟的濃度範圍約為0.8%至11.2%。

在常壓的爆轟反應器1內產生的逆流爆轟衝擊波的溫度與丙烷濃度之關係如第14圖所示，丙烷濃度約0.8%開始其濃度漸增爆轟衝擊波的溫度也從1160 K快速漸增；當丙烷濃度約達到4.8%時，爆轟衝擊波溫度達到2850 K的最高溫度；其後，若丙烷濃度續增，爆轟衝擊波溫度則漸減。

在常壓的爆轟反應器1內產生的逆流爆轟衝擊波的速度與丙烷濃度之關係如第15圖所示，丙烷濃度約0.8%開始其濃度漸增爆轟衝擊波的速度也從1091 m/s漸增；當丙烷濃度約達到4.8%時，爆轟衝擊波速度達到1836 m/s；其後，若丙烷濃度續增，與氫氣的爆轟衝擊波速度續增情況不同的，丙烷的爆轟衝擊波速度會漸減，當丙烷濃度達11.2%時，爆轟衝擊波的速度降低到1536 m/s。

可燃性氣體反應物的原始壓力越高，則爆轟衝擊波的壓力將等比增高。例如，原始壓力為2 bar,則爆轟衝擊波的壓力將變成第10圖及第13圖所示原始壓力為1 bar所產生爆轟衝擊波壓力的兩倍，依此類推。

利用第10圖、第11圖、第12圖、第13圖、第14圖及第15圖例示的爆轟衝擊波壓力、溫度與速度與可燃性氣體反應物10濃度間的關係圖，調節控制可燃性氣體反應物10的濃度及系統操作壓力，可以有效的控制爆轟衝擊波的溫度及壓力，以因應化學反應之需。

空氣/氧化劑/助劑30可以是空氣、惰性氣體、氧氣、水、催化劑等，利用空氣/氧化劑/助劑進料管32送進爆轟反應器1。空氣/氧化劑/助劑30的組成及進料比例，主要視所要完成的化學反應而定。

由於爆轟反應器1的爆轟反應器本體60重複被高溫高壓的爆轟衝擊波掃過後，會逐漸升溫，當爆轟反應器本體60爐膛溫度達到可燃性氣體反應物10、化學反應物20的自燃溫度(Auto-ignition Temperature)以上後，氣體混合物將會自動燃燒。因此，如第1圖所示，為了有效控制及應用逆流爆轟的特性，在爆轟反應器本體60外側，設置冷卻設施62，使冷卻液體由冷卻液入口64進入冷卻設施62，與爆轟反應器本體60的外壁進行熱交換，帶走爆轟反應器本體60外壁的能量，由冷卻液出口65排除，冷卻流體可以利用外部冷卻設備冷卻降溫後重複使用。爆轟反應器本體60外壁經冷卻後，維持其內部平均溫度低於可燃性氣體反應物10、化學反應物20的自燃溫度，即可維持爆轟反應器1的穩定逆流爆轟操作。

以一般連接四組廢氣入口的PFCs處理設備而言，單位時間需要處理200L/min的SiH₄ 、CF₄ 、C₂ F₆ 、C₃ F₈ 、SF₆ 等氣體混合物作為化學反應物20為例，傳統技術使用電漿火炬約需使用10~30kW功率，使用本發明之爆轟反應器1則只需使用約150W功率的點火裝置組80即可。

又以生質廢棄物、廢油、廢有機溶劑的氣化處理用途為例，可以使用作為爆轟反應器1的可燃性氣體反應物10的氣體燃料可以是氫氣、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、乙炔或其他由製程分離出來的回收氣體燃料。化學反應物20可以為生質廢棄物、廢油、廢有機溶劑等廢棄物或其混合物，空氣/氧化劑/助劑30可以使用氧氣加上一定量的水。

以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離申請專利範圍所限定的精神和範圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效，但都將落入本發明的申請專利範圍可限定的範圍之內。

1．．．爆轟反應器

10．．．可燃性氣體反應物

12．．．可燃性氣體反應物進料管

20．．．化學反應物

22．．．化學反應物進料管

30．．．空氣/氧化劑/助劑

32．．．空氣/氧化劑/助劑進料管

50．．．進料端

60．．．爆轟反應器本體

62．．．冷卻設施

64．．．冷卻液入口

65．．．冷卻液出口

70．．．爆轟促進器

71．．．導流式螺旋片

72．．．導流式螺旋片

73．．．螺旋管

80．．．點火裝置組

90．．．反應器出口法蘭

100．．．反應產物

110．．．進料步驟

120．．．充滿步驟

130．．．點燃步驟

140．．．爆燃步驟

150．．．爆燃加速步驟

160．．．爆轟步驟

170．．．熄焰步驟

180．．．反震排出步驟

第1圖：本創作之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法的實施例

第2圖：本創作之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法之實施步驟例

第3圖：本創作之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法使用之強爆轟促進器的實施例

第4圖：本創作之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法使用之弱爆轟促進器的實施例

第5圖：本創作之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法使用之弱爆轟促進器的實施例切面圖

第6圖：本創作之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法使用之單支點火裝置組的實施例

第7圖：本創作之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法使用之雙支點火裝置組的實施例

第8圖：本創作之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法使用之三支點火裝置組的實施例

第9圖：本創作之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法使用之四支點火裝置組的實施例

第10圖：氫氣爆轟產生的爆轟衝擊波壓力與氫氣濃度之關係

第11圖：氫氣爆轟產生的爆轟衝擊波溫度與氫氣濃度之關係

第12圖：氫氣爆轟產生的爆轟衝擊波速度與氫氣濃度之關係

第13圖：丙烷爆轟產生的爆轟衝擊波壓力與丙烷濃度之關係

第14圖：丙烷爆轟產生的爆轟衝擊波溫度與丙烷濃度之關係

第15圖：丙烷爆轟產生的爆轟衝擊波速度與丙烷濃度之關係

110．．．進料步驟

120．．．充滿步驟

130．．．點燃步驟

140．．．爆燃步驟

150．．．爆燃加速步驟

160．．．爆轟步驟

170．．．熄焰步驟

180．．．反震排出步驟

Claims (10)

1. 一種使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法，包含：將可燃性氣體反應物由可燃性氣體反應物進料管連續注入爆轟反應器；將化學反應物由化學反應物進料管連續注入爆轟反應器；將空氣/氧化劑/助劑由空氣/氧化劑/助劑進料管連續注入爆轟反應器；利用爆轟促進器將可燃性氣體反應物、化學反應物及空氣/氧化劑/助劑混合；利用安裝於爆轟促進器下游端的點火裝置組將氣體混合物點燃；利用爆轟促進器使得該氣體混合物回火產生逆流爆轟；利用衝擊進料端的爆轟衝擊波使得火焰熄焰；利用爆轟衝擊波的反震波將反應產物排出爆轟反應器；其特徵是連續重複上述程序，使得化學反應物能連續利用爆轟衝擊波的高溫、高壓進行反應；且爆轟反應器具有冷卻設施以保持爆轟反應器的溫度低於可燃性氣體反應物及化學反應物的自燃溫度，使得逆流爆轟可以持續操作。
2. 如申請專利範圍1所述之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法，其中點火裝置組具有複數個點火裝置，點火裝置全部使用或部分使用， 點火裝置具有線上更換的功能，點火裝置為火星塞。
3. 如申請專利範圍1所述之使用氣體逆流爆轟衝擊波的連續化學反應方法，其中爆轟衝擊波的溫度及壓力利用調節控制可燃性氣體反應物的種類、濃度、進料溫度及壓力控制；爆轟衝擊波的爆轟頻率利用可燃性氣體反應物、化學反應物及空氣/氧化劑/助劑的進料速率、溫度及壓力控制。
4. 一種爆轟反應器，其中包含：一爆轟反應器本體；可燃性氣體反應物進料管，用於將可燃性氣體反應物連續注入爆轟反應器本體；化學反應物進料管，用於將化學反應物連續注入爆轟反應器本體；空氣/氧化劑/助劑進料管，用於將空氣/氧化劑/助劑連續注入爆轟反應器本體；一爆轟促進器，用於促進可燃性氣體反應物、化學反應物及空氣/氧化劑/助劑的混合，並用於使得氣體混合物回火產生逆流爆轟；一點火裝置組，用於將氣體混合物點燃；其特徵是將可燃性氣體反應物由可燃性氣體反應物進料管連續注入爆轟反應器；將化學反應物由化學反應物進料管連續注入爆轟反應器； 將空氣/氧化劑/助劑由空氣/氧化劑/助劑進料管連續注入爆轟反應器；利用爆轟促進器促進可燃性氣體反應物、化學反應物及空氣/氧化劑/助劑的混合；利用安裝於爆轟促進器下游端的點火裝置組將氣體混合物點燃；利用爆轟促進器使得該氣體混合物回火產生逆流爆轟；利用衝擊進料端的爆轟衝擊波使得火焰熄焰；利用爆轟衝擊波的反震波將反應產物排出爆轟反應器；連續重複上述程序，使得化學反應物能連續利用爆轟衝擊波的高溫、高壓進行反應。
5. 如申請專利範圍4所述之爆轟反應器，具有冷卻設施，以保持爆轟反應器的溫度低於可燃性氣體反應物及化學反應物的自燃溫度，使得逆流爆轟可以持續操作。
6. 如申請專利範圍4所述之爆轟反應器，其中可燃性氣體反應物進料管為複數個，同時接受複數種可燃性氣體反應物的連續進料，化學反應物進料管為複數個，同時接受複數種化學反應物的連續進料，空氣/氧化劑/助劑進料管為複數個，同時接受複數種空氣/氧化劑/助劑的連續進料。
7. 如申請專利範圍4所述之爆轟反應器，其中點火裝置組具有複數個點火裝置，點火裝置全部使用或部分使用， 點火裝置具有線上更換的功能。
8. 如申請專利範圍4所述之爆轟反應器，其中爆轟衝擊波的溫度及壓力利用調節控制可燃性氣體反應物的種類、濃度、進料溫度及壓力控制；爆轟衝擊波的爆轟頻率利用可燃性氣體反應物、化學反應物及空氣/氧化劑/助劑進料速率、溫度及壓力控制。
9. 如申請專利範圍4所述之爆轟反應器，其中爆轟促進器為靜態攪拌器。
10. 如申請專利範圍4所述之爆轟反應器，其中爆轟促進器為環狀螺旋管。