WO2015078908A1 - Method for carrying out chemical reactions - Google Patents

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WO2015078908A1
WO2015078908A1 PCT/EP2014/075654 EP2014075654W WO2015078908A1 WO 2015078908 A1 WO2015078908 A1 WO 2015078908A1 EP 2014075654 W EP2014075654 W EP 2014075654W WO 2015078908 A1 WO2015078908 A1 WO 2015078908A1
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WO
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reactor
gas
tube
ultrasonic signal
molecular beam
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Application number
PCT/EP2014/075654
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German (de)
French (fr)
Inventor
Karl Gruber
Arne Gerhardsen
Turid GERHARDSEN
Original Assignee
ATG Entwicklungsgesellschaft GmbH
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873Materials to be treated
    • B01J2219/0881Two or more materials
    • B01J2219/0883Gas-gas

Definitions

  • the invention relates to a method for carrying out a chemical reaction between a target gas and a molecular beam by means of a "standing wave" generated by ultrasound and to a reactor for carrying out this method.
  • Heat energy can be understood as the undirected kinetic energy of molecules.
  • the description of heat, taking into account the motion of individual molecules or their statistical consideration, is given in kinetic gas theory (or statistical thermodynamics).
  • the kinetic theory of gases shows the relationship between the energy content and the velocity distribution of the atoms or molecules in chemical systems. Especially vivid is the consideration of ideal gases.
  • a linear molecule of composition ABA can move linearly in 3 spatial directions, it can freely rotate at least about 2 axes (rotation in the axis does not absorb rotational energy) and at least 2 oscillations (symmetric stretching vibration, asymmetric stretching vibration). If an energy of 1/2 kT is assumed for each degree of freedom, the translucency of the molecule is 3/2 kT for the rotation component 2/2 kT and for the vibration component 2 / 2kT.
  • the velocity of the gas molecules in the container is subject to a statistical distribution - the Maxwell Boltzmann distribution.
  • An increase in temperature corresponds to an increase in the average velocity of the gas molecules.
  • the number of Wall collisions on the container multiplied, which is macroscopically observed as an increase in gas pressure.
  • the time between two bursts is the longer the slower the molecules fly and the less impact partners are in the area. At the macroscopic level, this time is determined between two bursts of T, p and n (number of particles per volume).
  • the path between bumps is called the free path length and the number of bumps per second is called the bump number.
  • the size of the molecules also plays a role.
  • the "size" of the molecules is usefully described by the so-called collision cross-section, which can be much larger than the dimensions of the neutral molecule as soon as it is ionized (carrying an electric charge).
  • the molecules that meet in the chemical reaction must bring enough energy to overcome existing energetic reaction barriers (thresholds). This energy can basically bring the molecules as "external energy” or "internal energy”.
  • external energy is here the translation component T understood under internal energy, the rotational component R and the vibration component V (Vibrational States).
  • the chemist has previously known the following methods to excite molecules, i. to give them energy:
  • a deliberate narrowing of the statistical distribution of the energetic state, which affects all molecules considered, is the relaxation of a pressurized gas through a nozzle.
  • the nozzle is a means to convert pressure almost lossless into speed.
  • Jet into an area where many gas molecules are present e.g.
  • reaction products can be observed by targeted acceleration of the reactants in the over-thermal range, which can be produced under macroscopic conditions hardly or only at extreme pressure and temperature conditions.
  • a typical reaction with a threshold is an endergonic reaction, (ie a reaction in which the free Gibb 's standard formation enthalpy is greater than zero (AGr> 0) - so it would spontaneously run in the opposite direction) with the additional binding energy required over the " over thermal "translation energy is provided in the molecular beam.
  • reaction cross-section increases with increasing translational energy.
  • the reaction cross-section decreases with increasing translational energy (eg, exothermic reaction with threshold)
  • the object of the present invention is to provide such a process and a reactor prepared therefor.
  • This object is achieved by a method according to the invention for carrying out a chemical reaction between a target gas and a molecular beam.
  • This method according to the invention for carrying out a chemical reaction between a target gas and a molecular beam is characterized in that a) a first gas (target gas) is introduced into a reactor which is acoustically resonant or an acoustic resonator,
  • a "standing wave" in this first gas is then produced with the aid of an ultrasonic signal source by an ultrasonic signal with an ultrasonic frequency> 16 kHz, c) subsequently into the reactor a second gas (reaction gas) is introduced in the form of a molecular beam, wherein the molecular beam strikes at least one of the ultrasonic generated "walls of the standing wave" of the first gas.
  • target gas is defined as a gas which is subjected to ultrasound treatment in a reactor, so that a standing "wave” arises in this "first” gas.
  • target gas refers to the fact that a “molecular beam “(see below) is directed from a second gas (" reaction gas ") on the" target gas ", in particular on the node or the” standing wave ", which are the points of high density and high pressure of the" target gas "
  • reaction gas a second gas
  • reaction gas a second gas
  • Each gas can be used for this purpose Examples are C0 2 , CH 4 , H 2 0 or gas mixtures, for example from these gases.
  • reaction gas a second gas which, usually at high speed, is conveyed from, for example, a nozzle into the Reactor registered (or blown) is thereby aligned as a beam.
  • Reactor in the sense of this invention is defined as a container in which a reaction can take place, in the specific sense of this invention it is a container in which a chemical reaction can take place.
  • the reactor is elongated and / or has at least two reactor ends, which may be both open and closed Examples of the shape of the reactor are a pipe or a reactor
  • the reactor can be made, for example, of metal, plastic, ceramic or composites such as concrete or a combination of these materials.
  • Acoustically resonant in the sense of this invention is defined as being capable of oscillating trapped gas in such a designed space when excited at an acoustic frequency
  • an “acoustically resonant” reactor is constructed so as to provide a standing wave through an "ultrasonic signal source” in the “acoustically resonant” reactor.
  • Examples of an “acoustically resonant” reactor are a tube or a “reactor” which is partially designed as a tube, or a Helmholtz resonator. In this case, an "acoustically resonant""reactor” does not have to resonate, in certain embodiments the “reactor” may resonate, in certain embodiments not.
  • Acoustic resonator in the sense of this invention is defined as a system whose interior is tuned to a certain frequency, that gas trapped in this "acoustic resonator” vibrates when excited at this frequency.
  • the "acoustic resonator” is constructed so as to generate a standing wave in the "acoustic resonator” by an “ultrasonic signal source.”
  • Examples of an “acoustic resonator” in the form of the reactor are a tube or a reactor partly as a tube is executed, or a Helmholtz resonator. In this case, an “acoustic resonator” does not have to resonate In certain embodiments, the “acoustic resonator” may resonate, not in certain embodiments.
  • Ultrasonic signal source in the sense of this invention is defined as a mechanical or electromechanical means with which an ultrasound signal is generated, for example a Galton whistle, ultrasound siren, lip whistle, Hartmann generator, oscillating rods, vibrating strings or a device that detects ultrasound magnetostrictive or piezoelectric generated.
  • Ultrasonic signal in the sense of this invention is defined as an acoustic signal in the form of ultrasonic waves in a frequency between 16 kHz and 1000 kHz, in particular between 16 kHz and 500 kHz or 16 kHz and 100 kHz.
  • Ultrasonic frequency in the sense of this invention is defined as the frequency of an acoustic signal in the form of ultrasound waves.
  • the “ultrasound frequency” is preferably between 16 kHz and 1000 kHz, in particular between 16 kHz and 500 kHz or 16 kHz and 100 kHz.
  • “Standing wave” in the sense of this invention is defined as a wave whose deflection at certain points, the nodal points, always remains at zero Superimposition of two counter-propagating waves of the same frequency and amplitude are to be construed.
  • the "standing wave” is an acoustic wave based on an "ultrasonic frequency” derived from an “ultrasonic signal source” which forms in a “target gas” in a “reactor” designed as an "acoustic resonator".
  • the "standing wave” represents a sequence of regions or better rings or disks of different gas density, at which the greatest density is found at the points corresponding to the nodes Rings or discs are also called “standing wave walls” below.
  • “Wall or walls of the standing wave” in the sense of this invention is defined as a region or a ring / disk of greatest gas density, which forms in a "standing wave”.
  • this is in particular a region of greatest gas density, which in a "standing wave” as an acoustic wave based on an "ultrasonic frequency” originating from an “ultrasonic signal source” in a “target gas” in an “acoustic resonator”.
  • Reactor "forms. This region or this ring of greatest gas density is found at the corresponding points with the nodes, which lie in the plan view vertically above the nodes.
  • reaction gas in the sense of this invention is defined as a gas which triggers a chemical reaction in a "reactor".
  • this is in particular a second gas which, as a “molecular beam” of molecules of this second gas (the “reaction gas”) is introduced (or blown) from, for example, a nozzle into the reactor, usually at high speed.
  • the “reaction gas” is aligned as a molecular beam so that it triggers a reaction in the first gas, the "target gas”, in particular at the “nodes” of the resulting in this first gas "standing wave".
  • any gas can be used for this, with lighter gases or mixtures with lighter gases being preferred. Examples are C0 2 , CH 4 , or gas mixtures, for example, from these gases.
  • the second gas is introduced into the reactor in the molecular beam at a speed> 343 m / s, preferably the second gas is introduced into the reactor at a speed> 1000 m / s, in particular at a speed between 1050 m / s and 1350 m / s entered into the reactor
  • GHz preferably between 16 kHz and 100 kHz
  • the first gas (target gas) is present in the reactor at a pressure of between 1 bar to (or and) 20 bar and between 1 bar to (or and) 10 bar before the "standing wave" arises,
  • the chemical reaction takes place at a temperature between 1500 ° C and 3500 ° C, preferably between 2000 ° C and 3000 ° C.
  • the temperature of the reactor is preferably not increased and the thermal energy of the chemical reaction given here is contributed by the kinetic energy of the molecular beam and not by external temperature increase of the reactor or the target gas therein.
  • the reactor has an elongated shape with two opposite reactor ends, wherein preferably at least one reactor end is closed or at least one
  • Reactor end is open
  • the reactor as an acoustic resonator at least partially consists of a tube, it is particularly preferably designed in the form of an acoustically resonant tube;
  • the reactor is an acoustic resonator with two opposite reactor ends, which preferably consists at least partially of a tube and in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
  • the reactor is an acoustically resonant tube with two opposite closed or open reactor ends, in which at least one reactor end is closed or at least one end of the reactor is open.
  • Pe in the sense of this invention is defined as an elongated hollow body of approximately two-dimensional shape in two dimensions.
  • the reactor has at least two opposite reactor ends, wherein the ultrasonic signal source is arranged at one end of the reactor and the opposite reactor end at least partially as a vibratable membrane, preferably at least partially as a vibratable metallic membrane, in particular Cu, Ag or Au, is executed;
  • the reactor has at least two opposite reactor ends, wherein preferably the reactor end, on which the ultrasonic signal source is arranged, is designed in the form of a loudspeaker.
  • Optillating membrane in the sense of this invention is defined as a membrane which resonates with it upon excitation with acoustic oscillations, whereby the "oscillatable membrane” can also be embodied as a metallic membrane, for example of precious metals.
  • the oscillatable membrane can also occupy only part of a reactor end.
  • Shape of a loudspeaker in the sense of this invention is defined as extending from the edges of convex bulges toward the center of the reactor end, without achieving this.
  • both the first gas (the target gas) and the second gas (the reaction gas / the molecular beam) consists of a clean gas or a gas mixture;
  • the second gas (the reaction gas / the molecular beam) consists of a gas mixture, in particular the second gas (the reaction gas / the molecular beam) consists of a gas mixture of a gas of lower molecular weight and a gas of higher molecular weight.
  • Carbon gas in the sense of this invention is defined as a gas of uniform chemical composition consisting of only one type of gas molecules.
  • Gas mixture in the sense of this invention is defined as a mixture of at least two different types of gas molecules, each having a uniform chemical composition.
  • the first gas (target gas) and the second gas (the reaction gas / the molecular beam) have the same chemical composition.
  • the first gas (target gas) and the second gas (the reaction gas / the molecular beam) have a different chemical composition.
  • the second gas is selected from CH 4 or CO 2 or a gas mixture of CO 2 and CH 4 , is preferably selected from CH 4 or CO 2 or a gas mixture consisting of 80 vol.% - 50 vol % C0 2 and 20 vol.% - 50 vol.% CH, "
  • o is the first gas (the target gas) selected from CH 4 or C0 2 or a gas mixture of C0 2 and CH 4 , is preferably selected from CH 4 or
  • the first gas is C0 2
  • the second gas which is injected as a molecular beam into the reactor
  • a gas mixture of C0 2 with an addition of 20- 50% CH 4 is.
  • the second gas (the reaction gas) in the form of the molecular beam impinges on a reactor end, preferably at a reactor end of a reactor designed as a tube, perpendicular to at least one "wall of the standing wave" of the first gas (of the target gas).
  • the second gas (the reaction gas) in the form of the molecular beam at a reactor end of a reactor configured as a pipe meets at least one node of the standing wave generated in the first gas (the target gas), or
  • the second gas is introduced in the form of the molecular beam parallel to the tube longitudinal axis of the reactor designed as a tube in the reactor.
  • the ultrasound signal is generated by means of mechanical or electromechanical means, preferably by a Galton whistle, ultrasound siren, lip whistle, Hartmann generator, oscillating rods, vibrating strings, magnetostrictive or piezoelectric, particularly preferably by an ultrasound siren.
  • the reactor is poured into concrete.
  • Several reactors can be poured together in concrete and / or the reactor or reactors are made of concrete and are designed as a pipe or tubes, which may be adjacent. Pouring into concrete from either one or more reactors together serves to stiffen and prevent lost radiation.
  • the reactor (or at least one of the reactors or at least part of the reactors) consists of metal, plastic, ceramic or composite materials such as concrete or a combination of these materials.
  • the second gas from a gas container in which the second gas is present with excess pressure introduced via a nozzle into the reactor, wherein the nozzle preferably has a diameter of 0.01 mm to 1 mm, in particular a diameter from 0.2 mm to 0.4 mm.
  • An example of the dimensions of the nozzle used is a diameter of 0.3 mm.
  • a gas mixture of CO 2 with an addition of 20-50% CH 4 be selected as the second gas (the reaction gas) which is blown into the reactor as a molecular jet
  • the gas container which contains this second gas before injection for example, under a (super) pressure of 50-100 bar and the second gas is injected as a molecular beam at a speed> 1000 m / s.
  • Gas tank in the context of this invention is defined as a pressure-resistant container for receiving a gas that is able to withstand an overpressure and is gas-tight.
  • “Overpressure” in the sense of this invention is defined as the pressure prevailing within the “gas container” of the gas contained therein above the ambient pressure. Preferred “overpressures” are 10 bar to 100 bar.
  • Nozzle in the sense of this invention is defined as a tubular technical device which can expand or constrict
  • a “nozzle” is a tubular opening with which a gas flow is deflected, or in particular pressure is transformed into kinetic energy.
  • the reactor is designed in such a way that a "standing wave" of this first gas can be generated in a first gas (target gas) filling it with the aid of an ultrasonic signal source by an ultrasonic signal with an ultrasonic frequency> 16 kHz,
  • the reactor has an ultrasonic signal source
  • the reactor is designed so that in a first gas (target gas) filling it with the aid of an ultrasonic signal source by an ultrasonic signal with an ultrasonic frequency> 16 kHz, a" standing wave "of this first gas can be generated” is defined in the sense of this invention as follows In the relevant reactor, a standing wave can be generated in a first gas contained in this reactor with the aid of an ultrasonic signal with a frequency> 16 kHz.
  • the reactor is an acoustically resonant reactor which consists at least partly of a tube in which a "standing wave" is or can be generated.
  • the reactor has an ultrasonic signal source and
  • the reactor is an acoustically resonant reactor in which a" standing wave "is or may be generated” is defined in the sense of this invention as follows: In the reactor in question a standing wave in a reactor contained in this reactor can be detected by means of acoustic resonance Gas are generated.
  • the ultrasonic signal source is present at a reactor end and a vibratable membrane at the opposite end of the reactor and / or
  • the reactor end carrying the ultrasonic signal source is shaped in the form of a loudspeaker.
  • reactor has an elongated shape, preferably designed as a tube
  • the reactor has two opposite reactor ends, wherein preferably at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
  • the reactor as an acoustic resonator at least partially consists of a tube, in particular preferably in the form of an acoustically resonant tube;
  • the reactor is an acoustic resonator with two opposite reactor ends, which preferably consists at least partially of a tube and in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
  • the reactor is an acoustic resonator with two opposite reactor ends, which preferably consists at least partially of a tube and in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
  • the reactor is an acoustically resonant tube with two opposite closed or open reactor ends, in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open; and or
  • the reactor has at least two opposite reactor ends, wherein the ultrasonic signal source is arranged at a reactor end and the opposite reactor end is at least partially designed as a vibratable membrane, preferably as a vibratable metallic membrane, in particular made of Cu, Ag or Au;
  • the reactor has at least two opposite reactor ends, wherein the reactor end, on which the ultrasonic signal source is arranged, is designed in the form of a loudspeaker;
  • the ultrasonic signal is generated by means of mechanical or electromechanical means, preferably by a Galton pipe, ultrasonic siren, lip whistle, Hartmann generator, oscillating rods, vibrating strings, magnetostrictive or piezoelectric, particularly preferably by an ultrasonic siren; and or
  • the reactor is made of metal, plastic, ceramic or composites such as concrete or a combination of these materials;
  • the second gas from a gas container, in which the second gas is present with excess pressure is introduced via a nozzle into the reactor, wherein the nozzle preferably has a diameter of 0.01 mm to 1 mm, in particular a diameter of 0.2 mm to 0.4 mm;
  • the second gas is introduced in the form of the molecular beam through the opening, preferably through a nozzle, parallel to the tube longitudinal axis of the reactor designed as a tube in the reactor;
  • the reactor is made of metal, plastic, ceramic or composites such as concrete or a combination of these materials;
  • the ultrasonic signal source is present at one end of the reactor and a vibratable membrane at the opposite end of the reactor;
  • the reactor end carrying the ultrasonic signal source is shaped in the form of a loudspeaker.
  • the reactor is acoustically resonant or designed as an acoustic resonator in the form of a tube (for example, a concrete cast steel pipe), for example, 1 m in length and a diameter of 100 mm.
  • an ultrasound source such as an ultrasound siren at the reactor.
  • This generates in the reactor located in the first gas (the target gas) a standing wave by means of ultrasound in the range of 16 to 100 kHz.
  • This reactor end is often designed in a curved shape, similar to a speaker.
  • the other end of the reactor is (then) preferably at least partially designed as a movable membrane made of metal, preferably of a noble metal such as copper, silver or gold.
  • a small diameter nozzle e.g. 0.3 mm diameter
  • the second gas (reaction gas) at high speed > 500 m / s or> 1000 m / s injected as a molecular beam.
  • This gas is released from a gas container, which is under pressure.
  • the nozzle is mounted so that the molecular beam is injected exactly parallel to the longitudinal axis of the tube so that it meets the or at least on a "walls / wall” around the nodes of the resulting in the first gas "standing waves". These are the points or regions / rings of greatest pressure and greatest density of the first gas in the reactor under the conditions of the "standing wave", ie "the wall / walls of the standing wave”.
  • the first gas is present at ambient pressure (a pressure of approximately 1 bar) in the reactor before the "standing wave" arises, for example C0 2 is selected as the first gas (target gas).
  • the temperature of the reactor is preferably not increased and the necessary thermal energy of the chemical reaction provided by the kinetic energy of the molecular beam.
  • An external temperature increase of the reactor or of the target gas therein does not take place.
  • a second gas (the reaction gas), which is blown into the reactor as a molecular beam
  • a gas mixture of C0 2 is added with an addition of 20-50% CH 4 .
  • the gas container containing this second gas before blowing for example, under a (super) pressure of 50-100 bar and the second gas is injected as a molecular beam at a speed> 000 m / s.
  • Illustration: Fig. 1) shows an example of a reactor according to the invention for carrying out a method according to the invention. A list of references is at the end of the description.
  • Fig. 2 shows a model of the standing wave, in which the invariable nodes are shown.
  • the invention comprises a reactor, a process for producing target molecules suitable in this reactor, and a process for bombarding these target molecules by means of directional molecular beams.
  • the first step-the provision of target molecules having a defined energy content and high density is achieved in that a space filled with the target gas is set into acoustic oscillations, preferably in the ultrasonic range.
  • this space is designed in the form of an acoustic resonator which enables the formation of standing longitudinal waves.
  • this may be a tube or a so-called Helmholtz resonator.
  • the material of this tube can be made, for example, of metal, ceramic or plastic or polypropylene and mixtures of these materials.
  • those materials are selected which do not undergo any further undesired reactions with the starting materials used and products that are formed (eg corrosion reactions,).
  • the selection of suitable Oberfiambaenmaterialien in the reactor in contact with the starting materials and products is to select for each reaction which is familiar to the expert.
  • the generation of standing sound waves in this resonator leads to the expression of stationary antinodes and nodes. In the nodes, overpressure prevails in the antinodes.
  • the vibration nodes distributed along the pipe in the form of 'cross-sectional walls ". In acoustics Such walls can, for example, by so-called. Kundt' sche dust figures or blown smoke be made visible.
  • very high-energy standing waves can be generated in their nodes extremely high pressures (or differently formulated - extremely high local density) - exists. The distance between these nodes is given by half the sound wavelength.
  • Behind the wall is an area of lesser density, in which the molecules move in the direction -x, however.
  • the necessary energy for a successful reactive shock is therefore applied in principle both by the energy in the standing US wave and via the molecular beam.
  • the standing wave is tuned so that the time of
  • the "optimal" frequency depends on the type of molecules used, the speed of sound, Temperature, etc. dependent.
  • the type of sound generation is important because not only the frequency but also the intensity of the sound wave have an influence on the result.
  • ultrasound sirens ideally achieve high intensities over large frequency ranges.
  • target molecules ie the molecules for the standing wave
  • seeded beams In order to accelerate heavy molecules to high velocities, the use of so-called “seeded beams” is known from molecular beam technology, where a heavy gas (in low concentration) is added to a light carrier gas, and the heavy molecules are directed in the nozzle by the light molecules They have the same velocity as the light molecules, but their higher mass gives them higher kinetic energy.
  • the generation of the acoustic oscillation, preferably the ultrasonic oscillation, in the reactor can be carried out by methods known from the art, such as Galton pipe, ultrasonic siren, lip whistles, reed pipes, Hartmann generator, oscillating rods, vibrating strings and electromechanical means such as magnetostrictive, piezoelectric, etc. ,
  • a standing ultrasound wave is generated by means of an ultrasonic siren.
  • the ultrasound is generated by means of ultrasound sirens in such a way that the intensity of the standing wave is sufficiently high to create stable target walls.
  • the ends of the tube may be open, as an open tube end in acoustics is also known for total reflection.
  • the one end of the reactor is mounted on which the ultrasonic siren is sealed in order to avoid radiation losses.
  • the shutter can be flat or preferably have a curved shape in order to direct the US signal in a targeted manner from the source into the interior of the reactor analogously to the loudspeaker in the acoustics.
  • the other end with a vibratory closure for example a membrane, preferably a metallic membrane, for example, a metal sheet is preferably closed from Cu.Ag.Au. This helps to improve the resonance conditions for the standing wave.
  • the irradiation of the molecular beam via a nozzle with, for example 0.01-1 mm diameter, preferably 0.3mm diameter in the direction of the tube axis-that is perpendicular to the baffles of the standing wave.
  • the smaller the diameter of the nozzle the higher the achievable speed with the same admission pressure, but also the lower the throughput.
  • the flow rate of the injected gas must be adjusted so that the resulting velocity of the gas molecules at the nozzle exit is advantageously as high as the values calculated from statistical thermodynamics sufficient to cause a reaction, for example, dissociation.
  • the irradiated particles should advantageously have at least supersonic speed, preferably at speeds ⁇ 1000 m / s.
  • the dissociation of C0 2 is treated.
  • the reaction occurs at temperatures between 2000 ° and 3000 ° C.
  • the binding energy in C0 2 for the C-0 bond is 360 kJ / mol at room temperature. To break this bond, it is necessary to increase the temp. To 2000-3000 ° C, which corresponds to the supply of 63-100 kJ / mol of thermal energy.
  • the described process is a transformation chain of pressure energy into kinetic energy (velocity) and via the reactive collision into chemical energy, bypassing the production of undirected momentum!
  • the necessary energy input for the process is provided primarily via the compression (pressure energy) of the gases.
  • C0 2 Since the provision of C0 2 at a pressure level well above 50bar sometimes associated with technical difficulties, since C0 2 has a critical pressure of about 70 bar, it is possible the gas as a mixed gas, for example, with an addition of 20% -50% methane too store and then release at elevated pressure. As a result, the C0 2 can be accelerated faster, similar to the "seeded beams" described above, but the overall reaction is not a pure CQ 2 dissociation but also a co-reaction of the methane via a complex mechanism.
  • the physical behavior of the clathrate corresponds to that of the pure substance - that is, the melting point and sublimation point remain unchanged.
  • the incorporation of guest molecules can alter the overall physical behavior of the clathrate. This is important insofar as a stabilization of the host lattice by guest molecules can increase the melting point and sublimation point.

Abstract

The invention relates to a method for carrying out a chemical reaction between a target gas and a molecular beam using an ultrasonically generated "stationary wave", and to a method for carrying out said method.

Description

Ein Verfahren zur Durchführung von chemischen Reaktionen  A method for carrying out chemical reactions
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer chemischen Reaktion zwischen einem Targetgas und einem Molekularstrahl mithilfe einer durch Ultraschall erzeugten „stehenden Welle" sowie einen Reaktor zur Durchführung dieses Verfahrens. The invention relates to a method for carrying out a chemical reaction between a target gas and a molecular beam by means of a "standing wave" generated by ultrasound and to a reactor for carrying out this method.
Theoretischer Hintergrund Theoretical background
Wärmeenergie kann aufgefasst werden als die ungerichtete kinetische Energie von Molekülen. Die Beschreibung der Wärme, unter Berücksichtigung der Bewegung einzelner Moleküle bzw. deren statistische Betrachtung, wird in der kinetischen Gastheorie (bzw. statistischen Thermodynamik) gegeben. Heat energy can be understood as the undirected kinetic energy of molecules. The description of heat, taking into account the motion of individual molecules or their statistical consideration, is given in kinetic gas theory (or statistical thermodynamics).
Die grundlegenden Theorien zur statistischen Thermodynamik wurden vor über 100 Jahren u.a. in Wien durch Ludwig Boltzmann erarbeitet und bilden seither eine tragende Säule der physikalischen Chemie. The basic theories of statistical thermodynamics were discussed more than 100 years ago. developed in Vienna by Ludwig Boltzmann and since then form a mainstay of physical chemistry.
Die kinetische Gastheorie zeigt den Zusammenhang zwischen Energieinhalt und Geschwindigkeitsverteilung der Atome bzw. Moleküle in chemischen Systemen auf. Besonders anschaulich ist dabei die Betrachtung idealer Gase. The kinetic theory of gases shows the relationship between the energy content and the velocity distribution of the atoms or molecules in chemical systems. Especially vivid is the consideration of ideal gases.
Aus diesen Betrachtungen ist beispielsweise ebenfalls der theoretische Zusammenhang zwischen Wärmekapazität eines Moleküls cv; cp und der Anzahl an Freiheitsgraden für die Bewegungen dieses Moleküls bekannt. From these considerations, for example, the theoretical relationship between heat capacity of a molecule c v ; c p and the number of degrees of freedom for the movements of this molecule.
In einem gasgefüllten, geschlossenen Behälter (mit definierter Temperatur und Druck) kann sich beispielsweise ein lineares Molekül der Zusammensetzung A-B-A in 3 Raumrichtungen linear bewegen, es kann zumindest um 2 Achsen frei rotieren (Rotation in der Achse nimmt keine Rotationsenergie auf) sowie zumindest 2 Schwingungen (symmetrische Streckschwingung, asymmetrische Streckschwingung) ausführen. Wenn für jeden Freiheitsgrad eine Energie von 1/2 kT angenommen wird, so ergibt sich für die Wärmekapazität des Moleküls ein translatorischer Anteil von 3/2 kT für den Rotationsanteil 2/2 kT und für den Schwingungsanteil 2/2kT. In a gas-filled, closed container (with defined temperature and pressure), for example, a linear molecule of composition ABA can move linearly in 3 spatial directions, it can freely rotate at least about 2 axes (rotation in the axis does not absorb rotational energy) and at least 2 oscillations (symmetric stretching vibration, asymmetric stretching vibration). If an energy of 1/2 kT is assumed for each degree of freedom, the translucency of the molecule is 3/2 kT for the rotation component 2/2 kT and for the vibration component 2 / 2kT.
Die Geschwindigkeit der Gasmoleküle im Behälter unterliegt einer statistischen Verteilung- der Maxwell Boltzmann Verteilung. Eine Erhöhung der Temperatur entspricht einer Erhöhung der mittleren Geschwindigkeit der Gasmoleküle. Dementsprechend wird auch die Zahl der Wandstöße am Behälter vervielfacht, was makroskopisch als Ansteigen des Gasdruckes beobachtet wird. Die Zeit die zwischen zwei Stößen liegt ist umso länger je langsamer die Moleküle fliegen und desto weniger Stoßpartner sich in der Umgebung aufhalten. Auf makroskopischer Ebene wird diese Zeit zwischen zwei Stößen von T,p und n (Anzahl der Teilchen pro Volumen) bestimmt. Der Weg zwischen zwei Stößen wird freie Weglänge genannt und die Anzahl an Stößen pro Sekunde wird Stoßzahl genannt. Neben diesen beiden Größen spielt auch noch die Größe der Moleküle eine Rolle. Die „Größe" der Moleküle wird sinnvollerweise über den sog. Stoßquerschnitt beschrieben. Dieser kann auch viel größer sein als die Abmessungen des neutralen Moleküls sobald es beispielsweise ionisiert ist (eine elektrische Ladung trägt). The velocity of the gas molecules in the container is subject to a statistical distribution - the Maxwell Boltzmann distribution. An increase in temperature corresponds to an increase in the average velocity of the gas molecules. Accordingly, the number of Wall collisions on the container multiplied, which is macroscopically observed as an increase in gas pressure. The time between two bursts is the longer the slower the molecules fly and the less impact partners are in the area. At the macroscopic level, this time is determined between two bursts of T, p and n (number of particles per volume). The path between bumps is called the free path length and the number of bumps per second is called the bump number. In addition to these two sizes, the size of the molecules also plays a role. The "size" of the molecules is usefully described by the so-called collision cross-section, which can be much larger than the dimensions of the neutral molecule as soon as it is ionized (carrying an electric charge).
Aus der klassischen Beziehung für die kinetische Energie Ekin =mv2/2 geht hervor, dass die kinetische Energie eines Moleküls nicht nur durch seine Geschwindigkeit sondern auch durch seine Masse bestimmt ist. So besitzt ein schweres Molekül bei derselben Geschwindigkeit naturgemäß mehr kinetische Energie als das leichte Molekül. From the classical relationship for the kinetic energy E kin = mv 2/2 it can be seen that the kinetic energy of a molecule is determined not only by its velocity but also by its mass. Thus, a heavy molecule naturally has more kinetic energy than the light molecule at the same rate.
Aus Molekularstrahlexperimenten ist bekannt, dass es prinzipiell folgende Arten von Stößen zwischen Teilchen gibt: elastischer Stoß; inelastischer Stoß; reaktiver Stoß; Beim vollkommen elastischen Stoß gilt der Impulserhaltungssatz. Dieser ist im Prinzip nur für Teilchen ohne Struktur vorstellbar. Beim inelastischen Stoß wird „externe Energie" (T) teilweise oder zur Gänze in „interne Energie" der Moleküle (R-Rotation,V- Vibration/Schwingung) umgewandelt. Beim reaktiven Stoß führt die Umwandlung von T in R und V dazu, dass für den Bruchteil einer Sekunde ein stabiler„Ubergangszustand" gebildet wird in dem die tatsächliche (chemische) Umlagerung der Atome -und Ausbildung neuer chemischer Bindungsverhältnisse, stattfindet. Aus Laserexperimenten ist bekannt, dass im Falle des elastischen Stoßes die Zeit in der der Stoß stattfindet in picosekunden (10"12s) zu messen ist, im Falle eines inelastischen oder reaktiven Stoßes ist die Zeitspanne um Größenordnungen länger und liegt im Bereich einer Rotationsperiode eines Moleküls in Nanosekunden (10"9s). From molecular beam experiments it is known that in principle there are the following kinds of collisions between particles: elastic shock; inelastic shock; reactive shock; When fully elastic shock holds the pulse conservation law. This is in principle conceivable only for particles without structure. Inelastic collision transforms "external energy" (T) partially or wholly into "internal energy" of molecules (R-rotation, V-vibration / vibration). In the reactive collision, the transformation of T into R and V results in the formation of a stable "transition state" for a fraction of a second, during which the actual (chemical) rearrangement of the atoms and formation of new chemical bonding conditions takes place in that in the case of the elastic shock the time in which the impact takes place is measured in picoseconds (10 "12 s), in the case of an inelastic or reactive impact the time span is orders of magnitude longer and lies in the range of one rotation period of a molecule in nanoseconds ( 10 "9 s).
Aus der allgemeinen chemischen Praxis ist bekannt, dass chemische Reaktionen stark Druck- und Temperaturabhängig sind. Eine Interpretation dieses Umstandes auf molekularer Ebene legt nahe, dass durch Erhöhung der Translations-, Rotations- und Schwingungsanteile die einzelnen Moleküle energiereicher werden (angeregt) und somit leichter miteinander reagieren bzw. dissoziieren können. It is known from general chemical practice that chemical reactions are highly pressure and temperature dependent. An interpretation of this fact at the molecular level suggests that by increasing the parts of translation, rotation and vibration, the individual molecules become more energetic (excited) and thus easier to react or dissociate.
Aus dem Studium der Reaktionsmechanismen ist ebenfalls bekannt, dass bei einer chemischen Reaktion bei der 3 Partner zusammentreffen z.B.: AB +C - AC + B das Molekül AB nicht in einem ersten Schritt dissoziieren muss, sondern sich ein Übergangszustand ausbildet gemäß AB+ C - [AB-C]* - AC + B. Die Reaktion kann also vereinfacht folgendermaßen beschrieben werden: Das Molekül AB und das Molekül C nähern sich einander soweit an bis die „chemischen Kräfte" ausreichen um einen „energiereichen Übergangszustand" zu bilden. In diesem Übergangszustand gruppieren sich die Atome neu. Anschließend fliegen die Reaktionsprodukte wieder voneinander weg. From the study of the reaction mechanisms it is also known that in a chemical reaction in the 3 partners meeting eg: AB + C - AC + B, the molecule AB does not have to dissociate in a first step, but a transitional state according to AB + C - [AB-C] * - AC + B. The reaction can thus be simplified as follows: The molecule AB and the molecule C approach each other until the "chemical forces" are sufficient for a "high-energy transition state" to build. In this transitional state the atoms regroup. Subsequently, the reaction products fly away from each other again.
Jedenfalls müssen die Moleküle die in der chemischen Reaktion aufeinandertreffen genug Energie mitbringen, um vorhandene energetische Reaktionsbarrieren (Schwellen) überwinden zu können. Diese Energie können die Moleküle grundsätzlich als „externe Energie" oder „interne Energie" mitbringen. Unter externer Energie wird hier der Translationsanteil T verstanden unter interner Energie der Rotationsanteil R und der Schwingungsanteil V (Vibrational states). In any case, the molecules that meet in the chemical reaction must bring enough energy to overcome existing energetic reaction barriers (thresholds). This energy can basically bring the molecules as "external energy" or "internal energy". Under external energy is here the translation component T understood under internal energy, the rotational component R and the vibration component V (Vibrational States).
Der Chemiker kennt bisher folgende Methoden um Moleküle anzuregen, d.h. ihnen Energie zuzuführen: The chemist has previously known the following methods to excite molecules, i. to give them energy:
- Temperaturerhöhung (Zufuhr von Wärmeenergie/Zufuhr ungerichteter Translation-^ Erhöhung externer und internerEnergie) - increase in temperature (supply of heat energy / supply of undirected translation ^ increase of external and internal energy)
- Druckerhöhung (Verkürzung der freien Weglänge/Erhöhung der Dichte- Erhöhung externer und internerEnergie)  - pressure increase (shortening of the free path length / increase of the density increase of external and internal energy)
- Gezielte Schwingungsanregung (Zufuhr elektromagnet. Energie /Photoreaktionen- Erhöhung interner Energie)  - Targeted vibration excitation (supply of electromagnet energy / photoreactions - increase of internal energy)
- Gezielte Zufuhr von Elektronen/Elektrodenreaktionen (Elektrochemie)^ Erhöhung interner Energie  - Targeted supply of electrons / electrode reactions (electrochemistry) ^ Increase of internal energy
Aus der chemischen Praxis ist bekannt, dass in einer chemischen Reaktion zumeist nur ein gewisser Teil der Edukte in die Produkte überführt wird (gemäß dem sich einstellenden chemischen Gleichgewicht). Man spricht in diesem Zusammenhang von Ausbeute. Eine simplifizierende Erklärung vom statistischen Standpunkt aus gesehen liefern die Gesetzmäßigkeiten der Energieverteilung der einzelnen Moleküle (makroskopisch Geschwindigkeitskonstanten). Hier besteht immer eine breite Verteilung. Nur Moleküle mit gerade passendem Energieinhalt (wenn die sterischen Aspekte vorerst ausgeklammert bleiben) sind befähigt die chemische Reaktion durchzuführen. Moleküle die zuviel oder zuwenig Energie besitzen (oder sterisch gehindert sind) werden zu keiner erfolgreichen chemischen Reaktion führen. From chemical practice it is known that in a chemical reaction usually only a certain part of the starting materials is transferred into the products (according to the adjusting chemical equilibrium). In this context we speak of yield. A simplifying explanation from the statistical point of view provides the regularities of the energy distribution of the individual molecules (macroscopic rate constants). There is always a wide distribution here. Only molecules with just the right energy content (if the steric aspects remain excluded for the time being) are able to carry out the chemical reaction. Molecules that have too much or too little energy (or are sterically hindered) will not lead to a successful chemical reaction.
Eine theoretische Überlegung wäre nun die Geschwindigkeitsverteilung künstlich so einzuengen, dass nur gerade die Art energiereicher Moleküle entsteht die geeignet sind eine chemische Reaktion durchzuführen. Wenn 100% der betrachteten Moleküle so-über gezielte Translation- angeregt werden könnten, dann müßte auch die Ausbeute einer nachfolgenden Reaktion bei 100% liegen. A theoretical consideration would be to artificially narrow the velocity distribution in such a way that only the type of energy-rich molecules is formed which are suitable for carrying out a chemical reaction. If 100% of the considered molecules are so-targeted Translation could be excited, then the yield of a subsequent reaction would have to be at 100%.
Dies kann erfahrungsgemäß mit keiner der oben genannten Methoden erreicht werden, es stellt sich immer ein chemisches Gleichgewicht zwischen Edukten und Produkten ein welches makroskopisch über die Geschwindigkeitskonstanten beschrieben wird (Kinetik). Experience has shown that this can not be achieved with any of the abovementioned methods; a chemical equilibrium always always arises between educts and products, which is described macroscopically via the rate constants (kinetics).
Eine gezielte Einengung der statistischen Verteilung des energetischen Zustands, die auf alle betrachteten Moleküle wirkt, ist die Entspannung eines unter Druck stehenden Gases durch eine Düse. A deliberate narrowing of the statistical distribution of the energetic state, which affects all molecules considered, is the relaxation of a pressurized gas through a nozzle.
Ganz allgemein ist die Düse ein Mittel um Druck nahezu verlustlos in Geschwindigkeit umzuwandeln. In general, the nozzle is a means to convert pressure almost lossless into speed.
Aus der physikalischen Chemie ist in diesem Zusammenhang der sog. Joule Thomson Effekt bekannt. Ein mit Überdruck aus einem Gefäß über eine Düse ausströmendes Gas, beispielsweise mit Überschallgeschwindigkeit, kühlt sich ab, die Geschwindigkeitsverteilung der Moleküle wird dabei stark eingeengt (und verschiebt sich zu höheren Werten verglichen mit der Geschwindigkeitsverteilung im Gefäß). Dies ist die Grundlage der Verflüssigung von Gasen (Linde Prozess etc.). Mikroskopisch betrachtet verlieren die Moleküle in der Düse einerseits 2 Freiheitsgrade an Translationsanteil (ungerichtete T wird zu gerichteter T) andererseits verlieren die Moleküle vor allem an interner Energie dem Rotationsanteil R. Die bei Raumtemperatur voll besetzten Rotationsniveaus werden entleert und können im Rotationsniveau nach einem durchschnittlichen Düsenschritt einem Gas von einer Temperatur von nur 5K entsprechen. Dies kommt durch die gerichteten Stöße der Moleküle untereinander in der Düse zustande. Dies hat zur Folge, dass die physikalische Abstoßung der Moleküle aufgehoben wird und sich die Moleküle zu größeren Aggregaten zusammenlagern. Die zwischen den Molekülen wirksamen Kräfte werden als van der Waals Kräfte bezeichnet. From the physical chemistry is known in this context, the so-called. Joule Thomson effect. A gas flowing out of a vessel via a nozzle with overpressure, for example at supersonic speed, cools down and the velocity distribution of the molecules is greatly restricted (and shifts to higher values compared to the velocity distribution in the vessel). This is the basis of the liquefaction of gases (Linde process etc.). On the microscopic side, the molecules in the nozzle lose on the one hand 2 degrees of translational freedom (non-directional T becomes directed T), on the other hand the molecules lose their rotational part R mainly due to internal energy. The rotational levels fully occupied at room temperature are emptied and can be rotated at an average nozzle pitch correspond to a gas of a temperature of only 5K. This is due to the directed collisions of the molecules with each other in the nozzle. As a result, the physical repulsion of the molecules is abolished and the molecules aggregate into larger aggregates. The forces acting between the molecules are called van der Waals forces.
Trifft nun der Düsenstrahl in ein Gefäß in dem Unterdruck (Vakuum) herrscht, so überwiegen die van der Waals Kräfte. Die Moleküle lagern sich anfangs zu Dimeren, später zu größerenIf the nozzle jet hits a vessel in which vacuum (vacuum) prevails, the van der Waals forces predominate. The molecules are initially bound to dimers, later to larger ones
Aggregaten zusammen und es kann letztlich zu einer Verflüssigung kommen. Trifft derAggregates together and it can ultimately come to a liquefaction. Meets that
Düsenstrahl in ein Gebiet in dem sich viele Gasmoleküle aufhalten (z.B. beiJet into an area where many gas molecules are present (e.g.
Umgebungsdruck) so kollidieren die Moleküle aus dem Strahl - die ja viel externe Energie haben aber weniger interne (vor allem R) - mit den„thermisch im Gleichgewicht stehendenAmbient pressure), so the molecules collide from the beam - which have a lot of external energy but less internal (especially R) - with the "thermally in equilibrium
Molekülen" und es findet ein Energieaustausch zwischen diesen Molekülen statt: die sog.Molecules "and there is an exchange of energy between these molecules: the so-called.
Relaxation. In diesem Fall wird aus der gerichteten Translation der Düsenstrahlmoleküle durch Stöße mit den thermisch im Gleichgewicht stehenden Molekülen im Gefäß, rasch ungerichtete Translation. Der Rotationsanteil steigt ebenfalls wieder rasch an. Das Ergebnis ist eine Zunahme der ungerichteten Translation in der Kammer- sprich einer Zunahme an Wärme. Relaxation. In this case, the directional translation of jet jet molecules by collisions with the thermally equilibrium molecules in the vessel rapidly becomes undirected translation. The proportion of rotation also increases rapidly again. The result is an increase in undirected translation in the chamber - that is, an increase in heat.
Eine einfache Überlegung um eine endergonische Reaktion -z.B. die homolytische Spaltung oder eine Dissoziation eines stabilen Moleküls- in Gang zu bringen wäre nun gezielt einen Düsenstrahl mit hoher Translationsenergie gegen eine Wand zu schießen in der Hoffnung, dass sich der „überthermische Translationsanteil" beim Wandstoß so in interne Energie umverteilt, dass sich das Molekül spaltet oder dissoziiert. In der Praxis wird das allerdings nicht beobachtet, da die Moleküle in Form eines elastischen oder inelastischen Wandstoßes zurückgeschleudert werden. Im Falle eines elastischen Stoßes führt die Rückstreuung zu ungeordneter Translation und Rotation (Erhöhung der Wärme) im Falle eines inelastischen Stoßes geben sie dabei zusätzlich Energie an die Gefäßwand ab. A Simple Consideration of an Endergonic Reaction - e.g. To initiate the homolytic cleavage or a dissociation of a stable molecule would now be targeted to shoot a nozzle jet with high translational energy against a wall in the hope that the "überhermische translation portion" wall wall redistributed so in internal energy that the molecule In practice, however, this is not observed because the molecules are thrown back in the form of an elastic or inelastic wall impact, and in the case of an elastic impact the backscattering leads to disordered translation and rotation (increase in heat) in the case of an inelastic collision They additionally energy to the vessel wall.
Eine andere Überlegung wäre zwei Düsenstrahlen aufeinander zu richten in der Hoffnung, dass sich energiereiche Moleküle treffen und so einen„reaktiven Stoß" zustandebringen. In der Praxis kann so etwas beobachtet werden in sog. Molekularstrahlexperimenten. Dabei werden Atome oder Moleküle gleicher (oder unterschiedlicher Art) in zwei Düsen beschleunigt und in sog„gekreuzten Molekularstrahlen" aufeinander geschossen. Aus der Analyse der Reaktionsprodukte mittel MS (Massenspektrometer) bzw. Laserspektroskopie im picosekunden- Bereich können so die „molekularen Vorgänge" während des Stoßes beobachtet werden. Auch die Ablenkung und Winkelverteilung der Reaktionsprodukte gibt wichtigen Aufschluß über den Stoßvorgang. Voraussetzung für solche Versuche ist das Vorhandensein eines guten Vakuums im Reaktionsraum, da ansonsten die Molekularstrahlen mit anderen Molekülen als den„Targetmolekülen" zusammenstoßen und so„relaxieren" würden. Another consideration would be to align two jets with each other in the hope that high - energy molecules will meet and thus produce a "reactive shock." In practice, such things can be observed in so - called molecular beam experiments, where atoms or molecules of the same (or different types) are observed ) accelerated in two nozzles and shot at each other in so-called "crossed molecular beams". From the analysis of the reaction products by means of MS (mass spectrometer) or laser spectroscopy in the picosecond range, the "molecular processes" during the collision can be observed.The deflection and angular distribution of the reaction products also provide important information about the collision process Presence of a good vacuum in the reaction space, since otherwise the molecular beams would collide with other molecules than the "target molecules" and would thus "relax".
Mit dieser Technik können über gezielte Beschleunigung der Reaktionspartner in den überthermischen Bereich Reaktionsprodukte beobachtet werden, die unter makroskopischen Bedingungen kaum oder nur bei extremen Druck und Temperaturverhältnissen erzeugt werden können. (Beispielsweise Edelgasverbindungen). Es wurde beobachtet, dass es Reaktionen mit Schwelle und solche ohne Schwelle gibt. Eine typische Reaktion mit Schwelle ist eine endergonische Reaktion, (also eine Reaktion bei der die freie Gibb'sche Standardbildungsenthalpie größer Null (AGr>0) ist - spontan würde sie also in die Gegenrichtung ablaufen.) bei der die zusätzlich benötigte Bindungsenergie über die „überthermische" Translationsenergie im Molekularstrahl zur Verfügung gestellt wird. With this technique reaction products can be observed by targeted acceleration of the reactants in the over-thermal range, which can be produced under macroscopic conditions hardly or only at extreme pressure and temperature conditions. (For example, noble gas compounds). It has been observed that there are reactions with threshold and those without threshold. A typical reaction with a threshold is an endergonic reaction, (ie a reaction in which the free Gibb 's standard formation enthalpy is greater than zero (AGr> 0) - so it would spontaneously run in the opposite direction) with the additional binding energy required over the " over thermal "translation energy is provided in the molecular beam.
Es wurde für solche Reaktionen beobachtet, dass bis zum Erreichen der Schwellenenergie keine Reaktion stattfindet, aber ab Erreichen der Schwelle der Reaktionsquerschnitt (also letztlich die Ausbeute) mit zunehmender Translationsenergie ansteigt. (Im Gegensatz dazu verkleinert sich der Reaktionsquerschnitt beispielsweise bei exergonischen Reaktionen mit zunehmender Translationsenergie (bsp. Exotherme Reaktion mit Schwelle)). Jedenfalls wurden für endergonische Reaktionen im Molekularstrahlexperiment in Abhängigkeit von der kinetischen Energie (bzw. Geschwindigkeit) der Stoßpartner teilweise überraschende Reaktionen bzw. Endprodukte im MS detektiert. Es scheint so, dass mit Zunahme der Translationsenergie neue bzw. nicht vorhersagbare Reaktionswege/mechanismen auftreten. It was observed for such reactions that no reaction takes place until the threshold energy is reached, but from the threshold, the reaction cross-section (ie ultimately the yield) increases with increasing translational energy. (In contrast to For example, in the case of exergonic reactions, the reaction cross-section decreases with increasing translational energy (eg, exothermic reaction with threshold)). In any case, for endergonic reactions in the molecular beam experiment, depending on the kinetic energy (or velocity) of the collision partner, partially surprising reactions or end products were detected in the MS. It appears that as the translational energy increases, new or unpredictable pathways / mechanisms occur.
Generell wurde auch in gekreuzten Molekularstrahlen beobachtet, dass die Ausbeute an reaktiven Stößen relativ gering ist. Es ist daher eher eine ungeeignete Methode für die technische chemische Synthese. Der Grund dafür ist einerseits der prinzipiell eher geringe „Reaktionsquerschnitt" bei diesen Experimenten d.h. viele Moleküle fliegen einfach aneinander vorbei ohne sich zu treffen. Andererseits kommt es auch zu dem Phänomen der sog. Zentrifugalbarriere! Vereinfacht gesagt wandeln zwei Körper die aufeinander zufliegen ihre Translationsenergie immer mehr in Rotationsenergie um je näher sie sich kommen. Dieses Phänomen wurde schon von Kepler und Newton (für astronomische Dimensionen) beschrieben: In general, it has also been observed in crossed molecular beams that the yield of reactive collisions is relatively low. It is therefore rather an inappropriate method for the technical chemical synthesis. The reason for this is on the one hand the rather small "reaction cross-section" in these experiments, ie many molecules simply fly past each other without meeting each other, on the other hand there is also the phenomenon of the so-called centrifugal barrier! Simply put, two bodies that move towards each other always convert their translational energy The closer they get to rotational energy, the phenomenon has already been described by Kepler and Newton (for astronomical dimensions):
Um einen reaktiven Stoß zustande zu bringen ist es notwendig, dass nicht der gesamte translatorische Anteil der Stoßpartner zuvor in Rotation verwandelt wird. Es muss im Augenblick des Stoßes noch genügend translatorischer Anteil vorhanden sein der ausreicht die Energieschwelle zu überwinden (um letztlich zu einem„Übergangszustand" zu führen). In order to bring about a reactive collision, it is necessary that not the entire translational portion of the collision partner is previously turned into rotation. At the moment of impact, there must still be enough translational proportion that is sufficient to overcome the energy threshold (ultimately leading to a "transitional state").
Aufgabe der Erfindung: Object of the invention:
Aus Sicht des praktischen Chemikers wäre es ideal, eine Methode zur Verfügung zu haben die mit geringst möglichem Energieeinsatz eine chemische Reaktion -egal ob endergonisch oder exergonisch- durchzuführen, mit einer Ausbeute von 100% oder nahe 100%, ohne Verluste durch ungerichtete Wärmeenergie, Lösungsmittel, zusätzliche chemische Energie etc. From the point of view of the practical chemist, it would be ideal to have a method with the least possible energy use a chemical reaction, whether endergonisch or exergonisch- perform with a yield of 100% or near 100%, without losses due to non-directed heat energy, solvent , additional chemical energy etc.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Verfahren sowie einen hierzu hergerichteten Reaktor zur Verfügung zu stellen. The object of the present invention is to provide such a process and a reactor prepared therefor.
Die Erfindung: The invention:
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Durchführung einer chemischen Reaktion zwischen einem Targetgas und einem Molekularstrahl. Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung einer chemischen Reaktion zwischen einem Targetgas und einem Molekularstrahl ist dadurch gekennzeichnet, dass a) in einem Reaktor, der akustisch resonanzfähig oder ein akustischer Resonator ist, ein erstes Gas (Targetgas) vorgelegt wird, This object is achieved by a method according to the invention for carrying out a chemical reaction between a target gas and a molecular beam. This method according to the invention for carrying out a chemical reaction between a target gas and a molecular beam is characterized in that a) a first gas (target gas) is introduced into a reactor which is acoustically resonant or an acoustic resonator,
b) in diesem mit dem ersten Gas gefüllten Reaktor anschließend mit Hilfe einer Ultraschallsignalquelle durch ein Ultraschallsignal mit einer Ultraschallfrequenz > 16 kHz eine„stehende Welle" (in diesem ersten Gas) erzeugt wird, c) anschließend in den Reaktor ein zweites Gas (Reaktionsgas) in Form eines Molekularstrahls eingetragen wird, wobei der Molekularstrahl auf mindestens eine der durch Ultraschall erzeugten„Wände der stehenden Welle" des ersten Gases trifft.  b) in this reactor filled with the first gas, a "standing wave" (in this first gas) is then produced with the aid of an ultrasonic signal source by an ultrasonic signal with an ultrasonic frequency> 16 kHz, c) subsequently into the reactor a second gas (reaction gas) is introduced in the form of a molecular beam, wherein the molecular beam strikes at least one of the ultrasonic generated "walls of the standing wave" of the first gas.
Dabei ist„Targetgas" im Sinne dieser Erfindung definiert als ein Gas, das in einem Reaktor einer Ultraschallbehandlung unterzogen wird, so dass in diesem„ersten" Gas eine stehende „Welle" entsteht. Die Bezeichnung„Targetgas" bezieht sich daraus dass ein„Molekularstrahl" (s.u.) aus einem zweiten Gas („Reaktionsgas") auf das „Targetgas" gerichtet wird, insbesondere auf den oder die Knotenpunkte der„stehenden Welle", die die Punkte hoher Dichte und hohen Druckes des „Targetgases" sind. Im Prinzip kann jedes Gas hierfür eingesetzt werden. Beispiele sind C02, CH4, H20 oder Gasgemische beispielsweise aus diesen Gasen. For the purposes of this invention, "target gas" is defined as a gas which is subjected to ultrasound treatment in a reactor, so that a standing "wave" arises in this "first" gas. The term "target gas" refers to the fact that a "molecular beam "(see below) is directed from a second gas (" reaction gas ") on the" target gas ", in particular on the node or the" standing wave ", which are the points of high density and high pressure of the" target gas " Each gas can be used for this purpose Examples are C0 2 , CH 4 , H 2 0 or gas mixtures, for example from these gases.
„Molekularstrahl" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als ein gerichteter Materiestrahl aus Molekülen. Im Sinne dieser Erfindung ist es insbesondere ein Strahl aus Molekülen eines zweiten Gases (des„Reaktionsgases"), das - üblicherweise mit hoher Geschwindigkeit - aus beispielsweise einer Düse in den Reaktor eingetragen (oder eingeblasen) wird und dabei als Strahl ausgerichtet ist. For the purposes of this invention, it is in particular a jet of molecules of a second gas (the "reaction gas") which, usually at high speed, is conveyed from, for example, a nozzle into the Reactor registered (or blown) is thereby aligned as a beam.
„Reaktor" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als ein Behälter, in dem eine Reaktion stattfinden kann. Im speziellen Sinne dieser Erfindung handelt es sich um einen Behälter, in dem eine chemische Reaktion stattfinden kann. Bevorzugterweise ist der Reaktor als „akustischer Resonator" (s.u.) ausgeführt, so dass darin eine„stehende Welle" entstehen kann. Üblicherweise ist der Reaktor länglich ausgeführt und/oder hat mindestens zwei Reaktorenden, die sowohl offen als auch geschlossen sein können. Beispiele für die Form des Reaktors sind ein Rohr oder ein Reaktor der teilweise als Rohr ausgeführt ist, oder ein Helmholtz-Resonator. Der Reaktor kann beispielsweise aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Verbundstoffen wie Beton oder aus einer Kombination dieser Materialien bestehen. „Akustisch resonanzfähig" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als fähig in einem derart gestalteten Raum eingeschlossenes Gas bei Anregung mit einer akustischen Frequenz schwingen zu lassen. Insbesondere ist ein „akustisch resonanzfähiger" Reaktor so konstruiert, das sich durch eine „Ultraschallsignalquelle" eine stehende Welle in dem „akustisch resonanzfähigen" Reaktor erzeugen lässt. Beispiele für einen „akustisch resonanzfähigen" Reaktor sind ein Rohr oder ein„Reaktor" der teilweise als Rohr ausgeführt ist, oder ein Helmholtz-Resonator. Dabei muss ein „akustisch resonanzfähiger" „Reaktor" nicht mitschwingen, in bestimmten Ausführungsformen kann der„Reaktor" mit schwingen, in bestimmten Ausführungsformen nicht. "Reactor" in the sense of this invention is defined as a container in which a reaction can take place, in the specific sense of this invention it is a container in which a chemical reaction can take place. Usually, the reactor is elongated and / or has at least two reactor ends, which may be both open and closed Examples of the shape of the reactor are a pipe or a reactor The reactor can be made, for example, of metal, plastic, ceramic or composites such as concrete or a combination of these materials. "Acoustically resonant" in the sense of this invention is defined as being capable of oscillating trapped gas in such a designed space when excited at an acoustic frequency, In particular, an "acoustically resonant" reactor is constructed so as to provide a standing wave through an "ultrasonic signal source" in the "acoustically resonant" reactor. Examples of an "acoustically resonant" reactor are a tube or a "reactor" which is partially designed as a tube, or a Helmholtz resonator. In this case, an "acoustically resonant""reactor" does not have to resonate, in certain embodiments the "reactor" may resonate, in certain embodiments not.
„Akustischer Resonator" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als System, dessen Inneres auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt ist, dass in diesem „akustischen Resonator" eingeschlossene Gas bei Anregung mit dieser Frequenz schwingt. Insbesondere ist der „akustische Resonator" so konstruiert, das sich durch eine „Ultraschallsignalquelle" eine stehende Welle in dem „akustischen Resonator" erzeugen lässt. Beispiele für einen „akustischen Resonator" in Form des Reaktors sind ein Rohr oder ein Reaktor der teilweise als Rohr ausgeführt ist, oder ein Helmholtz-Resonator. Dabei muss ein „akustischer Resonator" nicht mitschwingen. In bestimmten Ausführungsformen kann der „akustische Resonator" mit schwingen, in bestimmten Ausführungsformen nicht. "Acoustic resonator" in the sense of this invention is defined as a system whose interior is tuned to a certain frequency, that gas trapped in this "acoustic resonator" vibrates when excited at this frequency. In particular, the "acoustic resonator" is constructed so as to generate a standing wave in the "acoustic resonator" by an "ultrasonic signal source." Examples of an "acoustic resonator" in the form of the reactor are a tube or a reactor partly as a tube is executed, or a Helmholtz resonator. In this case, an "acoustic resonator" does not have to resonate In certain embodiments, the "acoustic resonator" may resonate, not in certain embodiments.
„Ultraschallsignalquelle" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als ein mechanisches oder elektromechanisches Mittel, mit dem ein Ultraschallsignal erzeugt wird. Beispielsweise kann dies eine Galtonpfeife, Ultraschallsirene, Lippenpfeife, Hartmann Generator, schwingende Stäbe, schwingende Saiten sein oder eine Gerät sein, das den Ultraschall magnetostriktiv oder piezoelektrisch erzeugt. "Ultrasonic signal source" in the sense of this invention is defined as a mechanical or electromechanical means with which an ultrasound signal is generated, for example a Galton whistle, ultrasound siren, lip whistle, Hartmann generator, oscillating rods, vibrating strings or a device that detects ultrasound magnetostrictive or piezoelectric generated.
„Ultraschallsignal" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als ein akustisches Signal in Form von Ultraschallwellen in einer Frequenz zwischen 16 kHz und 1000 kHz, insbesondere zwischen 16 kHz und 500 kHz oder 16 kHz und 100 kHz. "Ultrasonic signal" in the sense of this invention is defined as an acoustic signal in the form of ultrasonic waves in a frequency between 16 kHz and 1000 kHz, in particular between 16 kHz and 500 kHz or 16 kHz and 100 kHz.
„Ultraschallfrequenz" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als Frequenz eines akustischen Signals in Form von Ultraschallwellen. Bevorzugt liegt die„Ultraschallfrequenz" zwischen 16 kHz und 1000 kHz, insbesondere zwischen 16 kHz und 500 kHz oder 16 kHz und 100 kHz. "Ultrasonic frequency" in the sense of this invention is defined as the frequency of an acoustic signal in the form of ultrasound waves.The "ultrasound frequency" is preferably between 16 kHz and 1000 kHz, in particular between 16 kHz and 500 kHz or 16 kHz and 100 kHz.
„Stehende Welle" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als eine Welle, deren Auslenkung an bestimmten Punkten, den Knotenpunkten, immer bei Null verbleibt. Sie kann als Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude aufgefasst werden. Im besonderen Sinne dieser Erfindung ist die „stehende Welle" eine akustische Welle auf Basis eines aus einer„Ultraschallsignalquelle" stammenden Ultraschalls bestimmter„Ultraschallfrequenz", die sich in einem „Targetgas" in einem als „akustischer Resonator" ausgeführten„Reaktor" bildet. In der Draufsicht auf den mit dem „Targetgas" gefüllten„Reaktor" stellt sich die„stehende Welle" als Abfolge von Regionen oder besser Ringen oder Scheiben unterschiedlicher Gasdichte dar, bei der sich die größte Dichte an den mit den Knotenpunkten korrespondierenden Stellen findet. Diese Ringe oder Scheiben werden folgend auch„Wände der stehenden Welle" genannt. "Standing wave" in the sense of this invention is defined as a wave whose deflection at certain points, the nodal points, always remains at zero Superimposition of two counter-propagating waves of the same frequency and amplitude are to be construed. In the specific sense of this invention, the "standing wave" is an acoustic wave based on an "ultrasonic frequency" derived from an "ultrasonic signal source" which forms in a "target gas" in a "reactor" designed as an "acoustic resonator". In the plan view of the "reactor" filled with the "target gas", the "standing wave" represents a sequence of regions or better rings or disks of different gas density, at which the greatest density is found at the points corresponding to the nodes Rings or discs are also called "standing wave walls" below.
„Wand bzw. Wände der stehenden Welle" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als eine Region bzw. ein Ring/eine Scheibe größter Gasdichte, der sich in einer„stehende Welle" bildet. Im Sinne dieser Erfindung ist dies insbesondere eine Region größter Gasdichte die sich in einer „stehende Welle" als akustische Welle auf Basis eines aus einer „Ultraschallsignalquelle" stammenden Ultraschalls bestimmter„Ultraschallfrequenz" in einem „Targetgas" in einem als „akustischer Resonator" ausgeführten „Reaktor" bildet. Diese Region bzw. dieser Ring größter Gasdichte findet sich an den mit den Knotenpunkten korrespondierenden Stellen, die in der Draufsicht senkrecht über den Knotenpunkten liegen. "Wall or walls of the standing wave" in the sense of this invention is defined as a region or a ring / disk of greatest gas density, which forms in a "standing wave". For the purposes of this invention, this is in particular a region of greatest gas density, which in a "standing wave" as an acoustic wave based on an "ultrasonic frequency" originating from an "ultrasonic signal source" in a "target gas" in an "acoustic resonator". Reactor "forms. This region or this ring of greatest gas density is found at the corresponding points with the nodes, which lie in the plan view vertically above the nodes.
„Reaktionsgas" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als ein Gas, das in einem„Reaktor" eine chemische Reaktion auslöst. Im Sinne der Erfindung ist dies insbesondere ein zweites Gas, das als„Molekularstrahl" aus Molekülen dieses zweiten Gases (des„Reaktionsgases") - üblicherweise mit hoher Geschwindigkeit - aus beispielsweise einer Düse in den Reaktor eingetragen (oder eingeblasen) wird. Dabei ist das„Reaktionsgas" als Molekularstrahl so ausgerichtet, dass er eine Reaktion im ersten Gas, dem„Targetgas" auslöst, insbesondere an den „Knotenpunkten" der in diesem ersten Gas entstehenden „stehenden Welle". Im Prinzip kann jedes Gas hierfür eingesetzt werden, wobei leichtere Gase oder Mischungen mit leichteren Gasen bevorzugt sind. Beispiele sind C02, CH4, oder Gasgemische beispielsweise aus diesen Gasen. "Reaction gas" in the sense of this invention is defined as a gas which triggers a chemical reaction in a "reactor". For the purposes of the invention, this is in particular a second gas which, as a "molecular beam" of molecules of this second gas (the "reaction gas") is introduced (or blown) from, for example, a nozzle into the reactor, usually at high speed. In this case, the "reaction gas" is aligned as a molecular beam so that it triggers a reaction in the first gas, the "target gas", in particular at the "nodes" of the resulting in this first gas "standing wave". In principle, any gas can be used for this, with lighter gases or mixtures with lighter gases being preferred. Examples are C0 2 , CH 4 , or gas mixtures, for example, from these gases.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zweite Gas in dem Molekularstrahl mit einer Geschwindigkeit > 343 m/s in den Reaktor eingetragen, vorzugsweise wird das zweite Gas mit einer Geschwindigkeit > 1000 m/s in den Reaktor eingetragen, insbesondere mit einer Geschwindigkeit zwischen 1050 m/s und 1350 m/s in den Reaktor eingetragen In a further embodiment of the method according to the invention, the second gas is introduced into the reactor in the molecular beam at a speed> 343 m / s, preferably the second gas is introduced into the reactor at a speed> 1000 m / s, in particular at a speed between 1050 m / s and 1350 m / s entered into the reactor
und/oder liegt die Ultraschallfrequenz zur Erzeugung der„stehenden Welle" zwischen 16 kHZ und 1and or the ultrasonic frequency for generating the "standing wave" is between 16 kHZ and 1
GHz, vorzugsweise zwischen 16 kHz und 100 kHz, GHz, preferably between 16 kHz and 100 kHz,
und/oder and or
liegt das erste Gas (Targetgas) im Reaktor bei einem Druck von zwischen 1 bar bis (bzw. und) 20 bar bzw. zwischen 1 bar bis (bzw. und) 10 bar vor Entstehen der„stehenden Welle" vor, the first gas (target gas) is present in the reactor at a pressure of between 1 bar to (or and) 20 bar and between 1 bar to (or and) 10 bar before the "standing wave" arises,
und/oder (in bestimmten Ausführungsformen) and / or (in certain embodiments)
findet die chemische Reaktion bei einer Temperatur zwischen 1500°C und 3500°C, vorzugsweise zwischen 2000°C und 3000°C statt. For example, the chemical reaction takes place at a temperature between 1500 ° C and 3500 ° C, preferably between 2000 ° C and 3000 ° C.
Die Temperatur des Reaktors wird allerdings vorzugsweise nicht erhöht und die hier angegebene thermische Energie der chemischen Reaktion wird durch die kinetische Energie des Molekularstrahls beigesteuert und nicht durch äußere Temperaturerhöhung des Reaktors oder des darin befindlichen Targetgases. However, the temperature of the reactor is preferably not increased and the thermal energy of the chemical reaction given here is contributed by the kinetic energy of the molecular beam and not by external temperature increase of the reactor or the target gas therein.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens In a further embodiment of the method according to the invention
weist der Reaktor eine längliche Gestalt mit zwei gegenüberliegenden Reaktorenden auf, wobei vorzugsweise mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens einthe reactor has an elongated shape with two opposite reactor ends, wherein preferably at least one reactor end is closed or at least one
Reaktorende offen ist, Reactor end is open,
und/oder and or
besteht der Reaktor als akustischer Resonator zumindest teilweise aus einem Rohr, ist insbesondere bevorzugt in Form eines akustisch resonanzfähigen Rohrs ausgeführt; if the reactor as an acoustic resonator at least partially consists of a tube, it is particularly preferably designed in the form of an acoustically resonant tube;
und/oder and or
ist der Reaktor ein akustischer Resonator mit zwei gegenüberliegenden Reaktorenden, der vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Rohr besteht und in dem mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist; the reactor is an acoustic resonator with two opposite reactor ends, which preferably consists at least partially of a tube and in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
insbesondere ist der Reaktor ein akustisch resonanzfähiges Rohr mit zwei gegenüberliegenden geschlossenen oder offenen Reaktorenden, in dem mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist. In particular, the reactor is an acoustically resonant tube with two opposite closed or open reactor ends, in which at least one reactor end is closed or at least one end of the reactor is open.
„Rohr" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als länglicher hohler Körper von in zwei Dimensionen annähernd runder Gestalt. "Pipe" in the sense of this invention is defined as an elongated hollow body of approximately two-dimensional shape in two dimensions.
Ein Beispiel für die Dimensionen des Rohres sind eine Länge von 1 m und ein Durchmesser von 100 mm. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Reaktor mindestens zwei gegenüberliegende Reaktorenden auf, wobei die Ultraschallsignalquelle an einem Reaktorende angeordnet ist und das gegenüberliegenden Reaktorende zumindest teilweise als schwingfähige Membran, vorzugsweise zumindest teilweise als schwingfähige metallische Membran, insbesondere aus Cu, Ag oder Au, ausgeführt ist; An example of the dimensions of the tube is a length of 1 m and a diameter of 100 mm. In a further embodiment of the method according to the invention, the reactor has at least two opposite reactor ends, wherein the ultrasonic signal source is arranged at one end of the reactor and the opposite reactor end at least partially as a vibratable membrane, preferably at least partially as a vibratable metallic membrane, in particular Cu, Ag or Au, is executed;
und/oder and or
weist der Reaktor mindestens zwei gegenüberliegende Reaktorenden auf, wobei vorzugsweise das Reaktorende, an dem die Ultraschallsignalquelle angeordnet ist, in Form einer Lautsprechers ausgeführt ist. the reactor has at least two opposite reactor ends, wherein preferably the reactor end, on which the ultrasonic signal source is arranged, is designed in the form of a loudspeaker.
„Schwingfähige Membran" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als Membran, die nach Anregung mit akustischen Schwingungen mit diesen mitschwingt. Dabei kann die „schwingfähige Membran" auch als metallische Membran beispielsweise aus Edelmetallen ausgeführt sein. Insbesondere kann die schwingfähige Membran" auch nur einen Teil eines Reaktorendes einnehmen. "Oscillating membrane" in the sense of this invention is defined as a membrane which resonates with it upon excitation with acoustic oscillations, whereby the "oscillatable membrane" can also be embodied as a metallic membrane, for example of precious metals. In particular, the oscillatable membrane "can also occupy only part of a reactor end.
„Form eines Lautsprechers" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als von den Rändern ausgehende konvexe Ausbuchtungen zur Mitte des Reaktorendes hin, ohne dies zu erreichen. "Shape of a loudspeaker" in the sense of this invention is defined as extending from the edges of convex bulges toward the center of the reactor end, without achieving this.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Gas (das Targetgas) als auch das zweite Gas (das Reaktionsgas/der Molekularstrahl) aus einem Reingas oder einem Gasgemisch besteht; vorzugsweise das zweite Gas (das Reaktionsgas/der Molekularstrahl) aus einem Gasgemisch besteht, insbesondere das zweite Gas (das Reaktionsgas/der Molekularstrahl) aus einem Gasgemisch aus einem Gas mit geringerem Molekulargewicht und einem Gas mit höherem Molekulargewicht besteht. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that both the first gas (the target gas) and the second gas (the reaction gas / the molecular beam) consists of a clean gas or a gas mixture; Preferably, the second gas (the reaction gas / the molecular beam) consists of a gas mixture, in particular the second gas (the reaction gas / the molecular beam) consists of a gas mixture of a gas of lower molecular weight and a gas of higher molecular weight.
„Reingas" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als ein aus nur einer Sorte von Gasmolekülen bestehendes Gas einheitlicher chemischer Zusammensetzung. "Clean gas" in the sense of this invention is defined as a gas of uniform chemical composition consisting of only one type of gas molecules.
„Gasgemisch" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als Gemisch aus mindestens zwei unterschiedlichen Sorten von Gasmolekülen mit jeweils einheitlicher chemischer Zusammensetzung. "Gas mixture" in the sense of this invention is defined as a mixture of at least two different types of gas molecules, each having a uniform chemical composition.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das erste Gas (Targetgas) und das zweite Gas (das Reaktionsgas/der Molekularstrahl) dieselbe chemische Zusammensetzung auf. In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das erste Gas (Targetgas) und das zweite Gas (das Reaktionsgas/der Molekularstrahl) eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung auf. In a further embodiment of the method according to the invention, the first gas (target gas) and the second gas (the reaction gas / the molecular beam) have the same chemical composition. In an alternative embodiment of the method according to the invention, the first gas (target gas) and the second gas (the reaction gas / the molecular beam) have a different chemical composition.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens o ist das zweite Gas ausgewählt aus CH4 oder C02 oder einem Gasgemisch aus C02 und CH4, ist vorzugsweise ausgewählt aus CH4 oder C02 oder einem Gasgemisch bestehend aus 80 Vol.% - 50 Vol.% C02 und 20 Vol.% - 50 Vol.% CH,„ In a further embodiment of the method o according to the invention, the second gas is selected from CH 4 or CO 2 or a gas mixture of CO 2 and CH 4 , is preferably selected from CH 4 or CO 2 or a gas mixture consisting of 80 vol.% - 50 vol % C0 2 and 20 vol.% - 50 vol.% CH, "
und  and
o ist das erste Gas (das Targetgas) ausgewählt aus CH4 oder C02 oder einem Gasgemisch aus C02 und CH4, ist vorzugsweise ausgewählt aus CH4 odero is the first gas (the target gas) selected from CH 4 or C0 2 or a gas mixture of C0 2 and CH 4 , is preferably selected from CH 4 or
C02. C0 2 .
Ein Beispiel für die Auswahl der Gase ist, dass das erste Gas (das Targetgas) C02 ist, während das zweite Gas (das Reaktionsgas), das als Molekularstrahl in den Reaktor eingeblasen wird, ein Gasgemisch aus C02 mit einem Zusatz von 20-50% CH4 ist. An example of the selection of the gases is that the first gas (the target gas) is C0 2 , while the second gas (the reaction gas), which is injected as a molecular beam into the reactor, a gas mixture of C0 2 with an addition of 20- 50% CH 4 is.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens trifft das zweite Gas (das Reaktionsgas) in Form des Molekularstrahls an einem Reaktorende, vorzugsweise an einem Reaktorende eines als Rohr ausgeführten Reaktors, senkrecht auf mindestens eine „Wand der stehenden Welle" des ersten Gases (des Targetgases), oder In a further embodiment of the method according to the invention, the second gas (the reaction gas) in the form of the molecular beam impinges on a reactor end, preferably at a reactor end of a reactor designed as a tube, perpendicular to at least one "wall of the standing wave" of the first gas (of the target gas). , or
trifft vorzugsweise das zweite Gas (das Reaktionsgas) in Form des Molekularstrahls an einem Reaktorende eines als Rohr ausgeführten Reaktors auf mindestens einen Schwingungsknoten der im ersten Gas (dem Targetgas) erzeugten stehenden Welle, oder  preferably, the second gas (the reaction gas) in the form of the molecular beam at a reactor end of a reactor configured as a pipe meets at least one node of the standing wave generated in the first gas (the target gas), or
wird vorzugsweise das zweite Gas in Form des Molekularstrahls parallel zur Rohrlängsachse des als Rohr ausgeführten Reaktors in den Reaktor eingetragen.  Preferably, the second gas is introduced in the form of the molecular beam parallel to the tube longitudinal axis of the reactor designed as a tube in the reactor.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Ultraschallsignal mittels mechanischer oder elektromechanischer Mittel vorzugsweise durch einen Galtonpfeife, Ultraschallsirene, Lippenpfeife, Hartmann Generator, schwingende Stäbe, schwingende Saiten, magnetostriktiv oder piezoelektrisch, besonders vorzugsweise durch eine Ultraschallsirene, erzeugt. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Reaktor in Beton eingegossen. Dabei können auch mehrere Reaktoren zusammen in Beton eingegossen werden und/ oder der Reaktor oder die Reaktoren bestehen aus Beton und werden als Rohr oder Rohre ausgeführt, die gegebenenfalls benachbart liegen. Das Eingießen in Beton von entweder einem oder mehreren Reaktoren zusammen dient der Versteifung und Verhinderung von Verluststrahlung. In a further embodiment of the method according to the invention, the ultrasound signal is generated by means of mechanical or electromechanical means, preferably by a Galton whistle, ultrasound siren, lip whistle, Hartmann generator, oscillating rods, vibrating strings, magnetostrictive or piezoelectric, particularly preferably by an ultrasound siren. In a further embodiment of the method according to the invention, the reactor is poured into concrete. Several reactors can be poured together in concrete and / or the reactor or reactors are made of concrete and are designed as a pipe or tubes, which may be adjacent. Pouring into concrete from either one or more reactors together serves to stiffen and prevent lost radiation.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht der Reaktor (oder mindestens einer der Reaktoren oder mindestens ein Teil der Reaktoren) aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Verbundstoffen wie Beton oder aus einer Kombination dieser Materialien. In a further embodiment of the method according to the invention, the reactor (or at least one of the reactors or at least part of the reactors) consists of metal, plastic, ceramic or composite materials such as concrete or a combination of these materials.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zweite Gas aus einem Gasbehälter, in dem das zweite Gas mit Überdruck vorliegt, über eine Düse in den Reaktor eingetragen, wobei die Düse vorzugsweise einen Durchmesser von 0,01 mm bis 1 mm, insbesondere einen Durchmesser von 0,2 mm bis 0,4 mm hat. In a further embodiment of the method according to the invention, the second gas from a gas container in which the second gas is present with excess pressure, introduced via a nozzle into the reactor, wherein the nozzle preferably has a diameter of 0.01 mm to 1 mm, in particular a diameter from 0.2 mm to 0.4 mm.
Ein Beispiel für die Dimensionen der verwendeten Düse ist ein Durchmesser von 0,3 mm. Sollte als zweites Gas (das Reaktionsgas), das als Molekularstrahl in den Reaktor eingeblasen wird, ein Gasgemisch aus C02 mit einem Zusatz von 20-50% CH4 gewählt sein, so steht der Gasbehälter, der dieses zweite Gas vor dem Einblasen enthält, beispielsweise unter einem (Über-)Druck von 50-100 bar und das zweite Gas wird als Molekularstrahl mit einer Geschwindigkeit > 1000 m/s eingeblasen. An example of the dimensions of the nozzle used is a diameter of 0.3 mm. Should a gas mixture of CO 2 with an addition of 20-50% CH 4 be selected as the second gas (the reaction gas) which is blown into the reactor as a molecular jet, then the gas container which contains this second gas before injection, for example, under a (super) pressure of 50-100 bar and the second gas is injected as a molecular beam at a speed> 1000 m / s.
„Gasbehälter" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als druckfestes Behältnis zur Aufnahme eines Gases, das in der Lage ist, einem Überdruck standzuhalten und gasdicht ist. "Gas tank" in the context of this invention is defined as a pressure-resistant container for receiving a gas that is able to withstand an overpressure and is gas-tight.
„Überdruck" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als innerhalb des „Gasbehälters" herrschender Druck des darin enthaltenen Gases oberhalb des Umgebungsdrucks. Bevorzugte„Überdrücke" sind 10 bar bis 100 bar. "Overpressure" in the sense of this invention is defined as the pressure prevailing within the "gas container" of the gas contained therein above the ambient pressure. Preferred "overpressures" are 10 bar to 100 bar.
„Düse" im Sinne dieser Erfindung ist definiert als eine röhrenförmige technische Vorrichtung, die sich erweitern oder verjüngen kann. Im Sinne der Erfindung ist eine „Düse eine röhrenförmige Öffnung, mit der ein Gasstrom umgelenkt wird, bzw. insbesondere Druck in Bewegungsenergie verwandelt wird. "Nozzle" in the sense of this invention is defined as a tubular technical device which can expand or constrict According to the invention, a "nozzle" is a tubular opening with which a gas flow is deflected, or in particular pressure is transformed into kinetic energy.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem entsprechenden erfindungsgemäßen Reaktor a) ist der Reaktor derart ausgelegt, dass in einem ihn befüllenden ersten Gas (Targetgas) mit Hilfe einer Ultraschallsignalquelle durch ein Ultraschallsignal mit einer Ultraschallfrequenz > 16 kHz eine „stehende Welle" dieses ersten Gases erzeugt werden kann, Another aspect of the invention relates to a reactor for carrying out the method according to the invention. In a corresponding inventive reactor a), the reactor is designed in such a way that a "standing wave" of this first gas can be generated in a first gas (target gas) filling it with the aid of an ultrasonic signal source by an ultrasonic signal with an ultrasonic frequency> 16 kHz,
b) weist der Reaktor eine Ultraschallsignalquelle auf und  b) the reactor has an ultrasonic signal source and
c) liegt eine Öffnung zum Eintrag eines zweiten Gases vor.  c) there is an opening to the entry of a second gas.
„Der Reaktor ist derart ausgelegt, dass in einem ihn befüllenden ersten Gas (Targetgas) mit Hilfe einer Ultraschallsignalquelle durch ein Ultraschallsignal mit einer Ultraschallfrequenz > 16 kHz eine„stehende Welle" dieses ersten Gases erzeugt werden kann" ist im Sinne dieser Erfindung wie folgt definiert: In dem betreffenden Reaktor kann mit Hilfe eines Ultraschallsignals einer Frequenz >16 kHz eine stehende Welle in einem in diesem Reaktor enthaltenen ersten Gas erzeugt werden. "The reactor is designed so that in a first gas (target gas) filling it with the aid of an ultrasonic signal source by an ultrasonic signal with an ultrasonic frequency> 16 kHz, a" standing wave "of this first gas can be generated" is defined in the sense of this invention as follows In the relevant reactor, a standing wave can be generated in a first gas contained in this reactor with the aid of an ultrasonic signal with a frequency> 16 kHz.
In einem ebenfalls entsprechenden erfindungsgemäßen Reaktor a) ist der Reaktor ein akustisch resonanzfähiger Reaktor, der zumindest teilweise aus einem Rohr besteht, in dem eine„stehende Welle" erzeugt wird oder werden kann, b) weist der Reaktor eine Ultraschallsignalquelle auf und In a likewise corresponding reactor a) according to the invention, the reactor is an acoustically resonant reactor which consists at least partly of a tube in which a "standing wave" is or can be generated. B) the reactor has an ultrasonic signal source and
c) liegt eine Öffnung zum Eintrag eines zweiten Gases vor.  c) there is an opening to the entry of a second gas.
„Der Reaktor ist ein akustisch resonanzfähiger Reaktor, in dem eine„stehende Welle" erzeugt wird oder werden kann" ist im Sinne dieser Erfindung wie folgt definiert: In dem betreffenden Reaktor kann mit Hilfe akustischer Resonanz eine stehende Welle in einem in diesem Reaktor enthaltenen ersten Gas erzeugt werden. "The reactor is an acoustically resonant reactor in which a" standing wave "is or may be generated" is defined in the sense of this invention as follows: In the reactor in question a standing wave in a reactor contained in this reactor can be detected by means of acoustic resonance Gas are generated.
Dabei ist es für beide Reaktoren bevorzugt, wenn a. die Ultraschallsignalquelle an einem Reaktorende und eine schwingfähige Membran am gegenüberliegenden Reaktorende vorliegt und/oder It is preferred for both reactors, if a. the ultrasonic signal source is present at a reactor end and a vibratable membrane at the opposite end of the reactor and / or
b. das die Ultraschallsignalquelle tragende Reaktorende in Form eines Lautsprechers geformt ist.  b. the reactor end carrying the ultrasonic signal source is shaped in the form of a loudspeaker.
Dabei ist es für beide Reaktoren weiter auch bevorzugt, wenn o der Reaktor längliche Gestalt hat, vorzugsweise als Rohr ausgeführt ist; It is also preferred for both reactors if o the reactor has an elongated shape, preferably designed as a tube;
und/oder der Reaktor zwei gegenüberliegende Reaktorenden aufweist, wobei vorzugsweise mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist; and or the reactor has two opposite reactor ends, wherein preferably at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
und/oder and or
der Reaktor als akustischer Resonator zumindest teilweise aus einem Rohr besteht, insbesondere bevorzugt in Form eines akustisch resonanzfähigen Rohrs ausgeführt ist; the reactor as an acoustic resonator at least partially consists of a tube, in particular preferably in the form of an acoustically resonant tube;
und/oder and or
der Reaktor ein akustischer Resonator mit zwei gegenüberliegenden Reaktorenden ist, der vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Rohr besteht und in dem mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist; the reactor is an acoustic resonator with two opposite reactor ends, which preferably consists at least partially of a tube and in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
und/oder and or
der Reaktor ein akustischer Resonator mit zwei gegenüberliegenden Reaktorenden ist, der vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Rohr besteht und in dem mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist; the reactor is an acoustic resonator with two opposite reactor ends, which preferably consists at least partially of a tube and in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
und/oder and or
der Reaktor ein akustisch resonanzrähiges Rohr mit zwei gegenüberliegenden geschlossenen oder offenen Reaktorenden ist, in dem mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist; und/oder the reactor is an acoustically resonant tube with two opposite closed or open reactor ends, in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open; and or
der Reaktor mindestens zwei gegenüberliegende Reaktorenden aufweist, wobei die Ultraschallsignalquelle an einem Reaktorende angeordnet ist und das gegenüberliegenden Reaktorende zumindest teilweise als schwingfähige Membran, vorzugsweise als schwingfähige metallische Membran, insbesondere aus Cu, Ag oder Au, ausgeführt ist; the reactor has at least two opposite reactor ends, wherein the ultrasonic signal source is arranged at a reactor end and the opposite reactor end is at least partially designed as a vibratable membrane, preferably as a vibratable metallic membrane, in particular made of Cu, Ag or Au;
und/oder and or
der Reaktor mindestens zwei gegenüberliegende Reaktorenden aufweist, wobei das Reaktorende, an dem die Ultraschallsignalquelle angeordnet ist, in Form eines Lautsprechers ausgeführt ist; the reactor has at least two opposite reactor ends, wherein the reactor end, on which the ultrasonic signal source is arranged, is designed in the form of a loudspeaker;
und/oder and or
dass das Ultraschallsignal mittels mechanischer oder elektromechanischer Mittel vorzugsweise durch einen Galtonpfeife, Ultraschallsirene, Lippenpfeife, Hartmann Generator, schwingende Stäbe, schwingende Saiten, magnetostriktiv oder piezoelektrisch, besonders vorzugsweise durch eine Ultraschallsirene, erzeugt wird; und/oder that the ultrasonic signal is generated by means of mechanical or electromechanical means, preferably by a Galton pipe, ultrasonic siren, lip whistle, Hartmann generator, oscillating rods, vibrating strings, magnetostrictive or piezoelectric, particularly preferably by an ultrasonic siren; and or
o der Reaktor in Beton eingegossen wird;  o the reactor is poured into concrete;
und/oder  and or
o der Reaktor aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Verbundstoffen wie Beton oder aus einer Kombination dieser Materialien besteht;  the reactor is made of metal, plastic, ceramic or composites such as concrete or a combination of these materials;
und/oder  and or
o das die Öffnung zum Eintrag des zweiten Gases als Düse ausgeführt ist;  o that the opening to the entry of the second gas is designed as a nozzle;
und/oder  and or
o das zweite Gas aus einem Gasbehälter, in dem das zweite Gas mit Überdruck vorliegt, über eine Düse in den Reaktor eingetragen wird, wobei die Düse vorzugsweise einen Durchmesser von 0.01 mm bis 1 mm, insbesondere einen Durchmesser von 0.2 mm bis 0.4 mm hat;  o the second gas from a gas container, in which the second gas is present with excess pressure, is introduced via a nozzle into the reactor, wherein the nozzle preferably has a diameter of 0.01 mm to 1 mm, in particular a diameter of 0.2 mm to 0.4 mm;
und/oder  and or
o das zweite Gas in Form des Molekularstrahls durch die Öffnung, vorzugsweise durch eine Düse, parallel zur Rohrlängsachse des als Rohr ausgeführten Reaktors in den Reaktor eingetragen wird;  o the second gas is introduced in the form of the molecular beam through the opening, preferably through a nozzle, parallel to the tube longitudinal axis of the reactor designed as a tube in the reactor;
und/oder  and or
o der Reaktor in Beton eingegossen wird oder mehrere Reaktoren zusammen in Beton eingegossen werden;  o the reactor is poured into concrete or several reactors are poured together in concrete;
und/oder  and or
o der Reaktor aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Verbundstoffen wie Beton oder aus einer Kombination dieser Materialien besteht;  the reactor is made of metal, plastic, ceramic or composites such as concrete or a combination of these materials;
und/oder  and or
o die Ultraschallsignalquelle an einem Reaktorende und eine schwingfähige Membran am gegenüberliegenden Reaktorende vorliegt;  o the ultrasonic signal source is present at one end of the reactor and a vibratable membrane at the opposite end of the reactor;
und/oder  and or
o das die Ultraschallsignalquelle tragende Reaktorende in Form eines Lautsprechers geformt ist.  o the reactor end carrying the ultrasonic signal source is shaped in the form of a loudspeaker.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens und des Reaktors ist der Reaktor akustisch resonanzfähig bzw. als akustischer Resonator in Form eines Rohrs (beispielsweise eines Beton eingegossenen Stahlrohrs) beispielsweise von 1 m Länge und einem Durchmesser von 100 mm ausgeführt. Dabei befindet sich, beispielsweise an einem Reaktorende, am Reaktor eine Ultraschallquelle wie eine Ultraschallsirene. Diese erzeugt in dem im Reaktor befindlichen ersten Gas (dem Targetgas) eine stehende Welle mittels Ultraschall im Bereich von 16 bis 100 kHz. Dieses Reaktorende ist häufig auch in einer gewölbten Form, ähnlich einem Lautsprecher ausgeführt. Das andere Reaktorende ist (dann) vorzugsweise zumindest teilweise als bewegliche Membran aus Metall, vorzugsweise aus einem Edelmetall wie Kupfer, Silber oder Gold, ausgeführt. In a particularly preferred embodiment of the method and the reactor, the reactor is acoustically resonant or designed as an acoustic resonator in the form of a tube (for example, a concrete cast steel pipe), for example, 1 m in length and a diameter of 100 mm. In this case, there is, for example at a reactor end, an ultrasound source such as an ultrasound siren at the reactor. This generates in the reactor located in the first gas (the target gas) a standing wave by means of ultrasound in the range of 16 to 100 kHz. This reactor end is often designed in a curved shape, similar to a speaker. The other end of the reactor is (then) preferably at least partially designed as a movable membrane made of metal, preferably of a noble metal such as copper, silver or gold.
An einem Reaktorende wird durch eine Düse von geringem Durchmesser, wie z.B. 0,3 mm Durchmesser das zweite Gas (Reaktionsgas) mit hoher Geschwindigkeit > 500 m/s oder > 1000 m/s als Molekularstrahl eingeblasen. Dabei wird dieses Gas aus einem Gasbehälter, der unter Überdruck steht, freigesetzt. At one end of the reactor, a small diameter nozzle, e.g. 0.3 mm diameter, the second gas (reaction gas) at high speed> 500 m / s or> 1000 m / s injected as a molecular beam. This gas is released from a gas container, which is under pressure.
Die Düse ist dabei so angebracht, dass der Molekularstrahl exakt parallel zur Längsachse des Rohres eingeblasen wird, so dass er auf die oder mindestens auf eine„Wände/Wand" um die Knoten der im ersten Gas entstandenen „stehenden Wellen" trifft. Dies sind die Punkte bzw. Regionen/Ringe größten Drucks und größter Dichte des ersten Gases im Reaktor unter den Bedingungen der „stehenden Welle", also „die Wand/die Wände der stehenden Welle". The nozzle is mounted so that the molecular beam is injected exactly parallel to the longitudinal axis of the tube so that it meets the or at least on a "walls / wall" around the nodes of the resulting in the first gas "standing waves". These are the points or regions / rings of greatest pressure and greatest density of the first gas in the reactor under the conditions of the "standing wave", ie "the wall / walls of the standing wave".
Das erste Gas liegt dabei bei Umgebungsdruck (einem Druck von ca. 1 bar) im Reaktor vor Entstehen der„stehenden Welle" vor. Als erstes Gas (Targetgas) wird beispielsweise C02 ausgewählt. In this case, the first gas is present at ambient pressure (a pressure of approximately 1 bar) in the reactor before the "standing wave" arises, for example C0 2 is selected as the first gas (target gas).
Die Temperatur des Reaktors wird vorzugsweise nicht erhöht und die notwendige thermische Energie der chemischen Reaktion durch die kinetische Energie des Molekularstrahls bereitgestellt. Eine äußere Temperaturerhöhung des Reaktors oder des darin befindlichen Targetgases findet nicht statt. The temperature of the reactor is preferably not increased and the necessary thermal energy of the chemical reaction provided by the kinetic energy of the molecular beam. An external temperature increase of the reactor or of the target gas therein does not take place.
Als zweites Gas (das Reaktionsgas), das als Molekularstrahl in den Reaktor eingeblasen wird, wird beispielsweise ein Gasgemisch aus C02 mit einem Zusatz von 20-50% CH4 gewählt. Dann steht der Gasbehälter, der dieses zweite Gas vor dem Einblasen enthält, beispielsweise unter einem (Über-)Druck von 50-100 bar und das zweite Gas wird als Molekularstrahl mit einer Geschwindigkeit > 000 m/s eingeblasen. As a second gas (the reaction gas), which is blown into the reactor as a molecular beam, for example, a gas mixture of C0 2 is added with an addition of 20-50% CH 4 . Then, the gas container containing this second gas before blowing, for example, under a (super) pressure of 50-100 bar and the second gas is injected as a molecular beam at a speed> 000 m / s.
Bei dieser Konstellation, bei der C02 als erstes Gas (Targetgas) und ein Gasgemisch aus C02 mit einem Zusatz von 20-50% CH4 als zweites Gas (Reaktionsgas) ausgewählt wurde, entstehen beim Zusammentreffen des Molekularstrahls aus dem C02 Gasgemisch mit der/den„Wand/Wänden der stehende Welle" des C02-Gases über den Knoten verschiedene Reaktionsprodukte, wie Zerfallsprodukte des C02 oder Mischprodukte etc. wie Polyoxymethylen. In this constellation, in which C0 2 was selected as the first gas (target gas) and a gas mixture of C0 2 with an addition of 20-50% CH 4 as the second gas (reaction gas), arise at the meeting of the molecular beam from the C0 2 gas mixture with the "wall / walls of the standing wave" of C0 2 gas via the node various reaction products, such as decomposition products of C0 2 or mixed products, etc., such as polyoxymethylene.
Abbildung: Abb. 1 ) zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Reaktors zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Bezugszeichenliste befindet sich am Ende der Beschreibung. Illustration: Fig. 1) shows an example of a reactor according to the invention for carrying out a method according to the invention. A list of references is at the end of the description.
Abb. 2) zeigt ein Model der stehenden Welle, in der die unveränderlichen Knotenpunkte gezeigt sind. Fig. 2) shows a model of the standing wave, in which the invariable nodes are shown.
Detaillierte Beschreibung: Detailed description:
Die Erfindung umfasst einen Reaktor, ein Verfahren um in diesem Reaktor geeignete Targetmoleküle zu erzeugen und ein Verfahren diese Targetmoleküle mittels gerichteten Molekularstrahlen zu beschießen. Diese drei Einzelschritte ergeben ein neuartiges Verfahren mit dem chemische Reaktionen gezielt, mit hoher Ausbeute an Produkten, mit genauest dosierbarem Energieeinsatz und damit mit geringst möglichem Energieeinsatz, durchgeführt werden können. The invention comprises a reactor, a process for producing target molecules suitable in this reactor, and a process for bombarding these target molecules by means of directional molecular beams. These three individual steps result in a novel process with which chemical reactions can be targeted, with a high yield of products, with the most accurate metered energy input and thus with the lowest possible energy input, can be performed.
Erfindungsgemäß wird der erste Schritt- die Bereitstellung von Targetmolekülen mit definiertem Energieinhalt und hoher Dichte (damit hohem Reaktionsquerschnitt) dadurch gelöst, dass ein mit dem Targetgas gefüllter Raum in akustische Schwingungen, vorzugsweise im Ultraschallbereich, versetzt wird. Erfindungsgemäß wird dieser Raum in Form eines akustischen Resonators ausgeführt der die Ausbildung stehender Longitudinalwellen ermöglicht. Im einfachsten denkbaren Fall kann dies ein Rohr sein oder ein sog. Helmholtzresonator. Das Material dieses Rohres kann beispielsweise aus Metall, Keramik oder Kunststoff oder Ve rb u n d we rkstof f e n und Mischungen dieser Materialien bestehen. Bevorzugt werden solche Materialien gewählt die mit den zum Einsatz kommenden Edukten und entstehenden Produkten keine weiterführenden ungewünschten Reaktionen eingehen (z.B. Korrosionsreaktionen, ... ). Die Auswahl geeigneter Oberfiächenmaterialien im Reaktor die im Kontakt mit den Edukten und Produkten stehen ist für die jeweilige Reaktion auszuwählen was dem Fachmann geläufig ist. Die Erzeugung von stehenden Schallwellen in diesem Resonator führt zur Ausprägung von stationären Schwingungsbäuchen und Schwingungsknoten. In den Schwingungsknoten herrscht Überdruck in den Schwingungsbäuchen Unterdruck. Am Beispiel eines Rohres welches an einer Seite eine Schallquelle besitzt, verteilen sich die Schwingungsknoten entlang des Rohres in Form von „Querschnittswänden". In der Akustik können solche Wände beispielsweise durch sog. Kundt'sche Staubfiguren oder eingeblasenen Rauch sichtbar gemacht werden. Im Falle der Verwendung von Ultraschall können sehr energiereiche stehende Wellen erzeugt werden in deren Schwingungsknoten extrem hohe Drücke (oder anders formuliert- extrem hohe lokale Dichte)- besteht. Der Abstand zwischen diesen Schwingungsknoten ist gegeben durch die halbe Schallwellenlänge. According to the invention, the first step-the provision of target molecules having a defined energy content and high density (thus high reaction cross-section) is achieved in that a space filled with the target gas is set into acoustic oscillations, preferably in the ultrasonic range. According to the invention, this space is designed in the form of an acoustic resonator which enables the formation of standing longitudinal waves. In the simplest conceivable case, this may be a tube or a so-called Helmholtz resonator. The material of this tube can be made, for example, of metal, ceramic or plastic or polypropylene and mixtures of these materials. Preferably, those materials are selected which do not undergo any further undesired reactions with the starting materials used and products that are formed (eg corrosion reactions,...). The selection of suitable Oberfiächenmaterialien in the reactor in contact with the starting materials and products is to select for each reaction which is familiar to the expert. The generation of standing sound waves in this resonator leads to the expression of stationary antinodes and nodes. In the nodes, overpressure prevails in the antinodes. Using the example of a tube which has on one side a sound source, the vibration nodes distributed along the pipe in the form of 'cross-sectional walls ". In acoustics Such walls can, for example, by so-called. Kundt' sche dust figures or blown smoke be made visible. In the case of Using ultrasound, very high-energy standing waves can be generated in their nodes extremely high pressures (or differently formulated - extremely high local density) - exists. The distance between these nodes is given by half the sound wavelength.
Wird nun ein Überschallstrahl eines Gases gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung in einen solchen Schwingungsknoten gerichtet, so treffen überthermisch, translatorisch beschleunigte Moleküle, mit enger Geschwindigkeitsverteilung, die oftmals aufgrund der Entleerung der Rotationszustände schon zu größeren Molekülgruppen zusammengewachsen sind (Dimere aufgrund wirksamer Van der Waals Kräfte) - auf eine „Wand" von Gasmolekülen hoher Dichte. Der Reaktionsquerschnitt ist dadurch relativ hoch verglichen mit gekreuzten Molekularstrahlen. If now a supersonic jet of a gas of the same or different composition is directed into such a node, then overhermic, translationally accelerated molecules with narrow velocity distribution, which often have grown together to larger molecular groups due to the emptying of the rotational states (dimers due to effective van der Waals forces) on a "wall" of high-density gas molecules, the reaction cross-section is thus relatively high compared to crossed molecular beams.
Es darf in diesem Zusammenhang jedoch nicht übersehen werden, dass diese„Wände" in denen lokal hoher Druck und hohe Dichte herrscht, in einer„stehenden Welle" mikroskopisch betrachtet nur für kurze Zeit bestehen. Und zwar nur eine halbe Schwingungsperiode lang. In der nächsten halben Schwingungsperiode wechselt die Wand an einen Ort der eine halbe Wellenlänge entfernt liegt. Makroskopisch betrachtet sieht man allerdings-z.B. über eingeblasenen Rauch- alle Wände „gleichzeitig" (mit dem Abstand einer halben Wellenlänge). However, it must not be overlooked in this context that these "walls", in which locally high pressure and high density prevail, exist only microscopically for a short time in a "standing wave". And only for half an oscillation period. In the next half cycle, the wall changes to a location half a wavelength away. Viewed macroscopically, however, one sees, for example. over blown smoke - all walls "at the same time" (with the distance of half a wavelength).
Betrachtet man nun einen Molekularstrahl der in der Achse eines Rohres (per definition in Richtung +x) in dem sich eine stehende Ultraschallwelle befindet eingestrahlt wird, so trifft der Molekularstrahl senkrecht (im rechten Winkel) auf die Schallwände. Mikroskopisch gesehen trifft der Molekularstrahl zuerst in ein Gebiet geringerer Dichte -in dem sich wenige Moleküle befinden die sich mit ihm gemeinsam in Richtung +x zur nächsten Wand bewegen. Bei einer angenommenen Frequenz des Ultraschalls von 20kHz besteht die Wand für maximal t=1/(2*20000)=25*10"6s. Unter der Annahme, dass die Wand nur für ca. 10% während der Maximalamplitude besteht, so wäre dies immer noch 2,5*10"6s. Dies ist lange verglichen mit der Zeit die ein elastischer oder inelastischer Stoß (10"12s oder eine Rotationsperiode 10"9s) beansprucht. Es liegt aber Größenordnungsmäßig in dem Bereich der aus Molekularstrahlexperimenten für reaktive Stöße gefunden wurde (10"6s). Considering now a molecular beam which is irradiated in the axis of a tube (by definition in the direction + x) in which a standing ultrasonic wave is irradiated, the molecular beam strikes the baffles perpendicularly (at right angles). Microscopically, the molecular beam first hits a region of lesser density -in which there are few molecules moving together in the + x direction to the next wall. At an assumed frequency of the ultrasound of 20kHz, the wall is for a maximum of t = 1 / (2 * 20000) = 25 * 10 "6s . Assuming that the wall exists only for about 10% during the maximum amplitude, then this still 2.5 * 10 "6 s. This is a long time compared to the time taken for an elastic or inelastic shock (10 " 12s or a rotation period 10 " 9s ). However, it is within the order of magnitude found in molecular beam experiments for reactive collisions (10 "6 s).
Hinter der Wand befindet sich ein Gebiet geringerer Dichte in der sich die Moleküle allerdings in Richtung -x bewegen. Behind the wall is an area of lesser density, in which the molecules move in the direction -x, however.
Die notwendige Energie für einen erfolgreichen reaktiven Stoß wird also prinzipiell sowohl durch die Energie in der stehenden US Welle als auch über den Molekularstrahl aufgebracht.The necessary energy for a successful reactive shock is therefore applied in principle both by the energy in the standing US wave and via the molecular beam.
Zweckmäßigerweise wird die stehende Welle jedoch so abgestimmt, dass die Zeit derAppropriately, however, the standing wave is tuned so that the time of
Existenz einer Wand ausreichend hoch ist um reaktive Stöße zu erlauben. In der Praxis haben sich hier Frequenzen zwischen 16 und 100kHz als ausreichend herausgestellt. DieExistence of a wall is sufficiently high to allow reactive shocks. In practice, frequencies between 16 and 100kHz have been found to be sufficient. The
„optimale" Frequenz ist aber von der Art der verwendeten Moleküle, Schallgeschwindigkeit, Temperatur, etc. abhängig. Darüber hinaus ist die Art der Schallerzeugung von Bedeutung, da nicht nur die Frequenz sondern auch die Intensität der Schallwelle einen Einfluß auf das Ergebnis haben. So werden idealerweise mit Ultraschallsirenen hohe Intensitäten über große Frequenzbereiche hinweg erzielt. However, the "optimal" frequency depends on the type of molecules used, the speed of sound, Temperature, etc. dependent. In addition, the type of sound generation is important because not only the frequency but also the intensity of the sound wave have an influence on the result. Thus, ultrasound sirens ideally achieve high intensities over large frequency ranges.
Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein die„Targetmoleküle" (also die Moleküle für die stehende Welle) nicht nur aus einer Atomsorte zu wählen sondern aus mehreren. Hier kann es von Vorteil sein für eine gewünschte Reaktion gleich zweckmäßige stöchiometrische chemische Gemische einzuführen. In addition, it may be useful to select the "target molecules" (ie the molecules for the standing wave) not just from one type of atom but from several, and it may be advantageous to introduce equally suitable stoichiometric chemical mixtures for a desired reaction.
Es besteht weiters eine Abhängigkeit des Einstrahlwinkels des Molekularstrahles auf die Wände der stehenden Welle. Ein ähnliches Phänomen ist aus der Wissenschaft bekannt: Die Ablenkung einer„Düsenflamme" durch eingestrahlten Ultraschall. Eine Flamme die aus einer glatten Düse hervortritt wird durch eine senkrecht darauf gestrahlte Ultraschallwelle nicht abgelenkt. Wird die Düse am Auslaß jedoch verjüngt, so tritt in der Flamme Wirbelbildung auf. Eine nun senkrecht auf die Flamme treffende Ultraschallwelle lenkt diese ab. Dies bedeutet, dass eine Wechselwirkung zwischen den Molekülen der Flamme und der des Schalls nur dann eintritt, wenn sich zumindest ein Teil der Moleküle der Flamme in derselben oder genau entgegengesetzten Richtung bewegen wie die Ausbreitungsrichtung der Schallwelle. There is also a dependence of the angle of incidence of the molecular beam on the walls of the standing wave. A similar phenomenon is known in science: the deflection of a "jet of flame" by irradiated ultrasound A flame emerging from a smooth nozzle is not deflected by an ultrasonic wave radiated perpendicularly thereto, but when the nozzle at the outlet is tapered, the flame occurs An ultrasonic wave now impinges on the flame perpendicularly deflects it, meaning that an interaction between the molecules of the flame and that of the sound occurs only if at least part of the molecules of the flame move in the same or exactly opposite direction like the propagation direction of the sound wave.
Um schwere Moleküle auf große Geschwindigkeiten zu beschleunigen ist aus der Molekularstrahltechnik die Verwendung sog. „Seeded beams" bekannt. Dabei wird einem leichten Trägergas ein schweres Gas (in geringer Konzentration) zugesetzt. Die schweren Moleküle werden in der Düse durch die leichten Moleküle so gerichtet gestoßen, dass sie dieselbe Geschwindigkeit wie die leichten Moleküle annehmen. Durch ihre höhere Masse besitzen sie anschließend jedoch eine höhere kinetische Energie. In order to accelerate heavy molecules to high velocities, the use of so-called "seeded beams" is known from molecular beam technology, where a heavy gas (in low concentration) is added to a light carrier gas, and the heavy molecules are directed in the nozzle by the light molecules They have the same velocity as the light molecules, but their higher mass gives them higher kinetic energy.
Die Erzeugung der akustischen Schwingung, vorzugsweise der Ultraschallschwingung, im Reaktor kann über die aus der Technik bekannten Verfahren wie beispielsweise, Galtonpfeife, Ultraschallsirene, Lippenpfeifen, Zungenpfeifen, Hartmann Generator, schwingende Stäbe, schwingende Saiten sowie elektromechanische Mittel wie magnetostriktiv, piezoelektrisch, etc. erfolgen. The generation of the acoustic oscillation, preferably the ultrasonic oscillation, in the reactor can be carried out by methods known from the art, such as Galton pipe, ultrasonic siren, lip whistles, reed pipes, Hartmann generator, oscillating rods, vibrating strings and electromechanical means such as magnetostrictive, piezoelectric, etc. ,
Ein interessanter Nebenaspekt in stehenden Ultraschallwellen ist die Tatsache, dass alleAn interesting side effect in standing ultrasonic waves is the fact that all
Gasmoleküle einer gerichteten Bewegung folgen. Es herrscht keine ungerichtete Translation sondern -durch äußere Kräfte beeinflußt (in diesem Fall vom Resonanzphänomen) eine relativ hohe Ordnung im System. Eine stehende Ultraschallwelle hat mit einem Kristall dieGas molecules follow a directed motion. There is no undirected translation, but by external forces (in this case the resonance phenomenon) a relatively high order in the system is affected. A standing ultrasonic wave has with a crystal the
Eigenschaft gemein Licht beugen zu können! Die freie Rotation von Molekülen ist im gasförmigen Zustand stark ausgeprägt, im flüssigen Zustand nur mehr eingeschränkt und im festen Zustand weitgehend unterdrückt. Daher ist wohl die freie Rotation von Molekülen im Bereich der Schwingungsknoten der stehenden Ultraschallwelle ebenfalls eingeschränkt. Ähnlich wie in der Gasdüse werden die gerichteten Stöße in der stehenden Ultraschallwelle zu einer Abnahme der Besetzung der Rotationsniveaus führen. Dies bedeutet, dass die Translationsenergie auftreffender Moleküle aus dem Molekularstrahl eher nicht zur Erhöhung der Rotationsniveaus im Targetmolekül beitragen sondern eher direkt zur Erhöhung der Schwingungsenergie V. Sollte die eingestrahlte Translationsenergie tatsächlich ausreichen ein Molekül zu spalten, dissoziieren oder reagieren zu lassen ohne die Rotationsniveaus zu besetzen- also ein direkter Übergang von externer Translationsenergie in interne Schwingungsenergie, so wäre dies eine erhebliche Energieeinsparung bei der Umwandlung von mechanischer Energie (Translation der Moleküle) in chemische Energie (Bindungskräfte in den Molekülen). Property of being able to bend light! The free rotation of molecules is pronounced in the gaseous state, only limited in the liquid state and in the solid state largely suppressed. Therefore, the free rotation of molecules in the region of the vibration nodes of the standing ultrasonic wave is probably also limited. Similar to the gas nozzle, the directed shocks in the standing ultrasonic wave will lead to a decrease in the occupation of the rotation levels. This means that the translational energy of incident molecules from the molecular beam tend not to increase the rotational levels in the target molecule but rather directly to increase the vibrational energy V. Should the radiated translational energy actually be sufficient to split, dissociate, or react a molecule without occupying the rotational levels - So a direct transition from external translation energy into internal vibrational energy, this would be a significant energy savings in the conversion of mechanical energy (translation of molecules) into chemical energy (binding forces in the molecules).
Beispielhaft sei an Hand eines Ausführungsbeispiels die Größenordnungen dargelegt: In einem Rohrreaktor mit 1 m Länge, Durchmesser 100mm wird mittels Ultraschallsirene eine stehende Ultraschallwelle erzeugt. By way of example, the order of magnitude is set forth with reference to an exemplary embodiment: In a tubular reactor with a length of 1 m, diameter 100 mm, a standing ultrasound wave is generated by means of an ultrasonic siren.
Die Erzeugung des Ultraschalles mittels Ultraschallsirene erfolgt in der Weise, dass die Intensität der stehenden Welle ausreichend hoch ist um stabile Targetwände zu schaffen. Je höher die Intensität desto weiter die Auslenkung der einzelnen schwingenden Teilchen desto stärker deren Beschleunigung desto höher der Druck und die Dichte in der entstehenden Wand. The ultrasound is generated by means of ultrasound sirens in such a way that the intensity of the standing wave is sufficiently high to create stable target walls. The higher the intensity the further the deflection of the individual vibrating particles the stronger their acceleration the higher the pressure and the density in the resulting wall.
Je dichter die Wand desto höher ist der „Reaktionsquerschnitt" mit dem einfallenden Molekularstrahl. The denser the wall, the higher the "reaction cross-section" with the incident molecular beam.
Die Enden des Rohres können offen sein, da ein offenes Rohrende in der Akustik auch für eine Totalreflexion bekannt ist. Bevorzugterweise wird jedoch das eine Ende des Reaktors an dem die Ultraschallsirene montiert ist verschlossen, um Abstrahlverluste zu vermeiden. Der Verschluß kann eben sein oder bevorzugterweise eine gewölbte Form aufweisen um analog zum Lautsprecher in der Akustik das US Signal zielführend von der Quelle in den Reaktorinnenraum zu richten. Ebenfalls bevorzugterweise wird das andere Ende mit einem schwingungsfähigem Verschluß, beispielsweise einer Membran, vorzugsweise einer metallischen Membran- beispielsweise ein Metallblech bevorzugt aus Cu.Ag.Au verschlossen. Dies hilft, die Resonanzbedingungen für die stehende Welle zu verbessern. The ends of the tube may be open, as an open tube end in acoustics is also known for total reflection. Preferably, however, the one end of the reactor is mounted on which the ultrasonic siren is sealed in order to avoid radiation losses. The shutter can be flat or preferably have a curved shape in order to direct the US signal in a targeted manner from the source into the interior of the reactor analogously to the loudspeaker in the acoustics. Also preferably, the other end with a vibratory closure, for example a membrane, preferably a metallic membrane, for example, a metal sheet is preferably closed from Cu.Ag.Au. This helps to improve the resonance conditions for the standing wave.
Da Abstrahlung des Ultraschalls in die Umgebung vor allem Verlustleistung bedeutet, ist es vorteilhaft das Rohr so starr wie möglich auszuführen bzw. zu fixieren. In diesem Zusammenhang ist es denkbar bei einem upscaling des Prozesses die Rohre einzeln oder als Bündel in einen starren Betonmantel zu gießen. Ebenfalls denkbar wäre es günstige Kunststoffrohre in Beton zu gießen oder aber gleich nur in Betonröhren zu arbeiten. Since radiation of the ultrasound into the environment primarily means power loss, it is advantageous to design or fix the tube as rigidly as possible. In this context, it is conceivable in an upscaling of the process, the pipes individually or to pour as a bundle in a rigid concrete shell. It would also be possible to pour cheap plastic pipes in concrete or just work in concrete tubes.
Die Einstrahlung des Molekularstrahles erfolgt über eine Düse mit beispielsweise 0,01-1 mm Durchmesser bevorzugterweise 0,3mm Durchmesser in Richtung der Rohrachse-also senkrecht zu den Schallwänden der stehenden Welle. Je kleiner der Durchmesser der Düse desto höher die erzielbare Geschwindigkeit bei gleichem Vordruck, aber auch desto geringer der Durchsatz. Der Durchfluß des eingestrahlten Gases muss so eingestellt werden, dass die resultierende Geschwindigkeit der Gasmoleküle am Düsenaustritt vorteilhafterweise ebenso hoch ist wie die aus der statistischen Thermodynamik berechneten Werte die ausreichen, um eine Reaktion beispielsweise Dissoziation, hervorzurufen. Die eingestrahlten Teilchen sollten vorteilhafterweise zumindest Überschallgeschwindigkeit besitzen, vorzugsweise mit Geschwindigkeiten < 1000 m/s eingetragen werden. The irradiation of the molecular beam via a nozzle with, for example 0.01-1 mm diameter, preferably 0.3mm diameter in the direction of the tube axis-that is perpendicular to the baffles of the standing wave. The smaller the diameter of the nozzle, the higher the achievable speed with the same admission pressure, but also the lower the throughput. The flow rate of the injected gas must be adjusted so that the resulting velocity of the gas molecules at the nozzle exit is advantageously as high as the values calculated from statistical thermodynamics sufficient to cause a reaction, for example, dissociation. The irradiated particles should advantageously have at least supersonic speed, preferably at speeds <1000 m / s.
Beispielhaft sei die Dissoziation von C02 behandelt. Tatsächlich geschieht die Reaktion bei Temperaturen zwischen 2000° und 3000° C. Gemäß der zentralen Formel der kinetischen Gastheorie cRMs= SQR(3RT/MM) (wobei RMS für Root mean Square, bzw. SQR für Square root steht) ergibt sich für C02 eine mittlere Geschwindigkeit bei T=2000K bzw. T=3000K (Mm=44g/mol; R=8,31441 J K" mol"1 ) von:
Figure imgf000023_0001
By way of example, the dissociation of C0 2 is treated. In fact, the reaction occurs at temperatures between 2000 ° and 3000 ° C. According to the central formula of the kinetic gas theory c RM s = SQR (3RT / M M ) (where RMS stands for Root mean Square, or SQR for Square root) for C02 a mean velocity at T = 2000K or T = 3000K (M m = 44g / mol; R = 8.31441 JK " mol " 1 ) of:
Figure imgf000023_0001
CR S3OOOK= 1304m/s  CR S3OOOK = 1304m / s
Infolge der Kollisionen bei diesen hohen Temperaturen kommt es zur Auffüllung der Rotations- und Schwingungszustände und letztlich zur Dissoziation. As a result of the collisions at these high temperatures, the rotational and vibrational states are filled up and finally dissociated.
Die Bindungsenergie in C02 für die C-0 Bindung liegt bei Raumtemperatur bei 360 kJ/mol. Um diese Bindung aufzubrechen ist eine Erhöhung der Temp. auf 2000-3000°C notwendig was der Zufuhr von 63-100 kJ/mol an Wärmeenergie entspricht. The binding energy in C0 2 for the C-0 bond is 360 kJ / mol at room temperature. To break this bond, it is necessary to increase the temp. To 2000-3000 ° C, which corresponds to the supply of 63-100 kJ / mol of thermal energy.
Q-i = (T2-T1)*Cp=(2000K-298K)*37,11 JK"1mol 1 = 63,161 kJ/mol Qi = (T 2 -T 1 ) * Cp = (2000K-298K) * 37.11 JK " 1mol 1 = 63.161 kJ / mol
Q2= ^-^^=(3000^298^*37,11 JK' l"1 = 100,271 kJ/mol Q 2 = ^ - ^^ = (3000 ^ 298 ^ * 37.11 JK 'l "1 = 100.271 kJ / mol
Es genügt also im vorliegenden Fall am Düsenaustritt eine Geschwindigkeit der austretenden C02 Gasmoleküle -des Molekularstrahles-zumindest im Bereich von 1064- 1302 m/s einzustellen. Im Fall eines Düsendurchmessers von 0,3mm entspricht dies einem Durchfluß (bei 20°C) von ca. 5-71/min. Hierfür muss mit einem Vordruck von ca. 50-100bar gearbeitet werden. Es handelt sich also bei dem beschriebenen Prozess um eine Umwandlungskette von Druckenergie in kinetische Energie (Geschwindigkeit) und über den reaktiven Stoß in chemische Energie unter Umgehung der Produktion von ungerichteter Bewegungsenergie! Der notwendige Energieinput für das Verfahren wird primär über die Kompression (Druckenergie) der Gase bereitgestellt. It is therefore sufficient in the present case at the nozzle exit a speed of the exiting C0 2 gas molecules-the molecular beam-at least in the range of 1064-1302 m / s set. In the case of a nozzle diameter of 0.3mm this corresponds to one Flow (at 20 ° C) of about 5-71 / min. For this you have to work with a form of approx. 50-100bar. Thus, the described process is a transformation chain of pressure energy into kinetic energy (velocity) and via the reactive collision into chemical energy, bypassing the production of undirected momentum! The necessary energy input for the process is provided primarily via the compression (pressure energy) of the gases.
Da die Bereitstellung von C02 auf einem Druckniveau weit über 50bar mitunter mit technischen Schwierigkeiten verbunden ist, da C02 einen kritischen Druck von ca. 70bar besitzt, ist es möglich das Gas als Mischgas beispielsweise mit einem Zusatz von 20%-50% Methan zu speichern und dann bei erhöhtem Druck abzulassen. Dadurch kann das C02- ähnlich wie bei den beschriebenen „seeded beams" höher beschleunigt werden. Als Gesamtreaktion erfolgt dann allerdings nicht eine reine CQ2 Dissoziation sondern über einen komplexen Mechanismus auch eine Mitreaktion des Methans. Since the provision of C0 2 at a pressure level well above 50bar sometimes associated with technical difficulties, since C0 2 has a critical pressure of about 70 bar, it is possible the gas as a mixed gas, for example, with an addition of 20% -50% methane too store and then release at elevated pressure. As a result, the C0 2 can be accelerated faster, similar to the "seeded beams" described above, but the overall reaction is not a pure CQ 2 dissociation but also a co-reaction of the methane via a complex mechanism.
Bei Verwendung solcher„seeded beams" ist noch folgender Zusammenhang zu beachten: Beschleunigt man ein Gas oder ein Gemisch von Gasen in einer Düse über eine bestimmte Geschwindigkeit hinaus, so ist der Abkühlungseffekt so groß, dass die Gasphase in die Flüssigphase übergeht. Die Anzahl der Freiheitsgrade nimmt also drastisch ab. Manche Gase (z.B. C02) kühlen so stark ab, dass sie direkt in die feste Phase übergehen (Bildung von sog. Trockeneis). In diesem Fall sinkt deren molare Wärmekapazität noch stärker ab. When using such "seeded beams", the following relationship should be considered: If one accelerates a gas or a mixture of gases in a nozzle beyond a certain speed, the cooling effect is so great that the gas phase changes into the liquid phase Degrees of freedom therefore decrease drastically: Some gases (eg C0 2 ) cool down so strongly that they directly change into the solid phase (formation of so-called dry ice), in which case their molar heat capacity decreases even more.
Es ist darüber hinaus von Interesse, dass sich die Moleküle im festen Zustand viel näher kommen als im gasförmigen (oder flüssigen Zustand). Trifft ein solches gerade erst entstehender Kristall auf ein Fremdmolekül, so wird er es in sein Kristallgitter einbauen. Je nach der Größe der Wirtsmoleküle und des Fremdmoleküls bilden sich sog. Clathrate in denen die Gastatome eingelagert werden. In diesem Zusammenhang spricht man auch von „solid Solutions". It is also of interest that the molecules come much closer together in the solid state than in the gaseous (or liquid state). If such a crystal, which is just emerging, meets a foreign molecule, it will incorporate it into its crystal lattice. Depending on the size of the host molecules and the foreign molecule, so-called clathrates are formed in which the guest atoms are incorporated. In this context we also speak of "solid solutions".
Wird nun kein Gastmolekül eingelagert, so entspricht das physikalische Verhalten des Clathrates dem des Reinstoffes - also Schmelz- Siede und Sublimationspunkt bleiben unverändert. Bei Einlagerung von Gastmolekülen kann sich jedoch das gesamte physikalische Verhalten des Clathrates ändern. Dies ist insofern von Bedeutung, als durch eine Stabilisierung des Wirtsgitters durch Gastmoleküle eine Erhöhung des Schmelz- Siede und Sublimationspunktes eintreten kann. If no guest molecule is incorporated, the physical behavior of the clathrate corresponds to that of the pure substance - that is, the melting point and sublimation point remain unchanged. However, the incorporation of guest molecules can alter the overall physical behavior of the clathrate. This is important insofar as a stabilization of the host lattice by guest molecules can increase the melting point and sublimation point.
Es kann also bei sehr hohen Geschwindigkeiten der Molekularstrahlen und bei speziellen Gasen (z.B. C02, H20, CH4) zur Bildung von Clath raten kommen statt zu richtigen chemischen Reaktionen. Auch das kann nun für verschiedene Anwendungen genutzt werden. Eine davon ist beispielsweise die einfache Speicherung eines Gases A, welches sonst nur unter hohem Druck oder verflüssigt gespeichert werden kann, durch Zugabe eines Gases B, in Form eines festen Clathrates. It can therefore at very high speeds of molecular beams and special gases (eg C0 2 , H 2 0, CH 4 ) to the formation of Clath rates instead of correct chemical reactions. This too can now be used for various applications. One of these is, for example, the simple storage of a gas A, which otherwise can only be stored under high pressure or liquefied, by adding a gas B, in the form of a solid clathrate.
Empfohlene Literatur: Recommended literature:
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Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Reaktor  1 reactor
2 Erstes Reaktorende  2 First reactor end
3 Zweites Reaktorende  3 Second reactor end
4 Erstes Gas (Targetgas)  4 first gas (target gas)
5 Zweites Gas (Reaktionsgas)  5 second gas (reaction gas)
6 Molekularstrahl  6 molecular beam
7 Gasbehälter  7 gas containers
8 Düse  8 nozzle
9 Ultraschallsirene  9 ultrasound siren
10 Wand der stehende Welle  10 wall of the standing wave
11 Knotenpunkt  11 node
12 Zuleitung für zweites Gas  12 supply line for second gas
13 Reaktorende in Form eines Lautsprechers  13 reactor end in the form of a loudspeaker

Claims

Patentansprüche: claims:
1. ) Verfahren zur Durchführung einer chemischen Reaktion zwischen einem Targetgas und einem Molekularstrahl dadurch gekennzeichnet, dass a) in einem Reaktor, der akustisch resonanzfähig oder ein akustischer Resonator ist, ein erstes Gas (Targetgas) vorgelegt wird, 1.) A method for carrying out a chemical reaction between a target gas and a molecular beam characterized in that a) in a reactor which is acoustically resonant or an acoustic resonator, a first gas (target gas) is presented,
d) in diesem mit dem ersten Gas gefüllten Reaktor anschließend mit Hilfe einer Ultraschallsignalquelle durch ein Ultraschallsignal mit einer Ultraschallfrequenz > 16 kHz eine„stehende Welle" in diesem ersten Gases erzeugt wird,  d) in this reactor filled with the first gas then with the aid of an ultrasonic signal source by means of an ultrasonic signal with an ultrasonic frequency> 16 kHz a "standing wave" is generated in this first gas,
e) anschließend in den Reaktor ein zweites Gas (Reaktionsgas) in Form eines Molekularstrahls eingetragen wird, wobei der Molekularstrahl auf mindestens eine der durch Ultraschall erzeugten „Wände" der„stehenden Wellen" des ersten Gases trifft.  e) then in the reactor, a second gas (reaction gas) is introduced in the form of a molecular beam, wherein the molecular beam strikes at least one of the generated by ultrasound "walls" of the "standing waves" of the first gas.
2. ) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, o dass das zweite Gas in dem Molekularstrahl mit einer Geschwindigkeit > 343 m/s in den Reaktor eingetragen wird, vorzugsweise das zweite Gas mit einer Geschwindigkeit > 1000 m/s in den Reaktor eingetragen wird, insbesondere mit einer Geschwindigkeit zwischen 1050 m/s und 1350 m/s in den Reaktor eingetragen wird 2.) Process according to claim 1, characterized in that the second gas is introduced into the reactor in the molecular beam at a speed> 343 m / s, preferably the second gas is introduced into the reactor at a speed> 1000 m / s, in particular with a speed between 1050 m / s and 1350 m / s is registered in the reactor
und/oder  and or
o dass die Ultraschallfrequenz zur Erzeugung der„stehenden Welle" zwischen 16 kHZ und 1 GHz, vorzugsweise zwischen 16 kHz und 100 kHz, liegt, und/oder  o that the ultrasonic frequency for generating the "standing wave" is between 16 kHz and 1 GHz, preferably between 16 kHz and 100 kHz, and / or
o dass das erste Gas (Targetgas) im Reaktor bei einem Druck von zwischen 1 bar und 10 bar bzw. zwischen 1 bar und 20 bar vor Entstehen der„stehenden Welle" vorliegt.  o that the first gas (target gas) is present in the reactor at a pressure of between 1 bar and 10 bar or between 1 bar and 20 bar before the formation of the "standing wave".
3. ) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, 3.) Method according to one of claims 1 or 2 characterized in that
dass der Reaktor eine längliche Gestalt mit zwei gegenüberliegenden Reaktorenden aufweist, wobei vorzugsweise mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist,  that the reactor has an elongated shape with two opposite reactor ends, wherein preferably at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open,
und/oder dass der Reaktor als akustischer Resonator zumindest teilweise aus einem Rohr besteht, insbesondere bevorzugt in Form eines akustisch resonanzfähigen Rohrs ausgeführt ist; and or that the reactor as an acoustic resonator at least partially consists of a tube, in particular preferably in the form of an acoustically resonant tube is executed;
und/oder  and or
dass der Reaktor ein akustischer Resonator mit zwei gegenüberliegenden  that the reactor is an acoustic resonator with two opposite
Reaktorenden ist, der vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Rohr besteht und in dem mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist; insbesondere dass der Reaktor ein akustisch  Reactor ends, which preferably consists at least partially of a tube and in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open; in particular that the reactor is an acoustic
resonanzfähiges Rohr mit zwei gegenüberliegenden geschlossenen oder offenen Reaktorenden ist, in dem mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist.  resonant tube with two opposite closed or open reactor ends, in which at least one reactor end is closed or at least one end of the reactor is open.
4. ) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der4.) Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the
Reaktor mindestens zwei gegenüberliegende Reaktorenden aufweist, Reactor has at least two opposite reactor ends,
wobei die Ultraschallsignalquelle an einem Reaktorende angeordnet ist und das gegenüberliegenden Reaktorende zumindest teilweise als schwingfähige Membran, vorzugsweise als schwingfähige metallische Membran, insbesondere aus Cu, Ag oder Au, ausgeführt ist;  wherein the ultrasonic signal source is arranged at a reactor end and the opposite reactor end is at least partially designed as a vibratable membrane, preferably as a vibratable metallic membrane, in particular made of Cu, Ag or Au;
und/oder  and or
vorzugsweise dadurch gekennzeichnet dass das Reaktorende, an dem die  preferably characterized in that the reactor end at which the
Ultraschallsignalquelle angeordnet ist, in Form einer Lautsprechers ausgeführt ist.  Ultrasonic signal source is arranged, is designed in the form of a loudspeaker.
5. ) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Gas (das Targetgas) als auch das zweite Gas (das Reaktionsgas/der Molekularstrahl) aus einem Reingas oder einem Gasgemisch besteht; vorzugsweise das zweite Gas (das Reaktionsgas/der Molekularstrahl) aus einem Gasgemisch besteht, insbesondere das zweite Gas (das Reaktionsgas/der Molekularstrahl) aus einem Gasgemisch aus einem Gas mit geringerem Molekulargewicht und einem Gas mit höherem Molekulargewicht besteht. 5.) Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that both the first gas (the target gas) and the second gas (the reaction gas / the molecular beam) consists of a clean gas or a gas mixture; Preferably, the second gas (the reaction gas / the molecular beam) consists of a gas mixture, in particular the second gas (the reaction gas / the molecular beam) consists of a gas mixture of a gas of lower molecular weight and a gas of higher molecular weight.
6. ) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gas (Targetgas) und das zweite Gas (das Reaktionsgas/der Molekularstrahl) dieselbe chemische Zusammensetzung aufweisen. 6.) Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first gas (target gas) and the second gas (the reaction gas / the molecular beam) have the same chemical composition.
7. ) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gas (Targetgas) und das zweite Gas (das Reaktionsgas/der Molekularstrahl) eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen. 7.) Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first gas (target gas) and the second gas (the reaction gas / the molecular beam) have a different chemical composition.
8. ) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, o dass das zweite Gas ausgewählt ist aus CH4 oder C02 oder einem 8.) Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that o the second gas is selected from CH 4 or C0 2 or a
Gasgemisch aus C02 und CH4) vorzugsweise ausgewählt ist aus CH4 oder C02 oder einem Gasgemisch bestehend aus 80 Vol.% - 50 Vol.% C02 und 20 Vol.% - 50 Vol.% CH4, Gas mixture of CO 2 and CH 4) is preferably selected from CH 4 or CO 2 or a gas mixture consisting of 80 vol.% - 50 vol.% C0 2 and 20 vol.% - 50 vol.% CH 4 ,
und  and
o dass das erste Gas (das Targetgas) ausgewählt ist aus CH4 oder C02 oder einem Gasgemisch aus C02 und CH , vorzugsweise ausgewählt ist aus CH4 oder C02. o that the first gas (the target gas) is selected from CH 4 or C0 2 or a gas mixture of C0 2 and CH, preferably selected from CH 4 or C0 2 .
9. ) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gas (das Reaktionsgas) in Form des Molekularstrahls 9.) Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the second gas (the reaction gas) in the form of the molecular beam
an einem Reaktorende, vorzugsweise an einem Reaktorende eines als Rohr ausgeführten Reaktors, senkrecht auf mindestens eine„Wand der stehenden Welle" des ersten Gases (des Targetgases) trifft, oder  at a reactor end, preferably at a reactor end of a reactor designed as a pipe, perpendicular to at least one "wall of the standing wave" of the first gas (of the target gas), or
vorzugsweise an einem Reaktorende eines als Rohr ausgeführten Reaktors auf mindestens einen Schwingungsknoten der im ersten Gas (dem Targetgas) erzeugten„stehenden Welle" trifft, oder  preferably at a reactor end of a reactor designed as a tube meets at least one vibration node of the generated in the first gas (the target gas) "standing wave", or
vorzugsweise das zweite Gas in Form des Molekularstrahls parallel zur  preferably the second gas in the form of the molecular beam parallel to
Rohrlängsachse des als Rohr ausgeführten Reaktors in den Reaktor eingetragen wird.  Pipe longitudinal axis of the tube designed as reactor is entered into the reactor.
10. ) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das10.) Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the
Ultraschallsignal mittels mechanischer oder elektromechanischer Mittel Ultrasonic signal by means of mechanical or electromechanical means
vorzugsweise durch einen Galtonpfeife, Ultraschallsirene, Lippenpfeife, Hartmann Generator, schwingende Stäbe, schwingende Saiten, magnetostriktiv oder piezoelektrisch, besonders vorzugsweise durch eine Ultraschallsirene, erzeugt wird.  preferably by a Galton pipe, ultrasonic siren, lip whistle, Hartmann generator, vibrating rods, vibrating strings, magnetostrictive or piezoelectric, particularly preferably by an ultrasonic siren is generated.
1 1. ) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass der1 1.) Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the
Reaktor in Beton eingegossen wird, Reactor is poured into concrete,
und/oder  and or
dass der Reaktor aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Verbundstoffen wie Beton oder aus einer Kombination dieser Materialien besteht. that the reactor is made of metal, plastic, ceramic or composites such as concrete or a combination of these materials.
12.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gas aus einem Gasbehälter, in dem das zweite Gas mit Überdruck vorliegt, über eine Düse in den Reaktor eingetragen wird, wobei die Düse vorzugsweise einen Durchmesser von 0.01 mm bis 1 mm, insbesondere einen Durchmesser von 0.2 mm bis 0.4 mm hat. 12.) Method according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that the second gas from a gas container in which the second gas is present with excess pressure is introduced via a nozzle in the reactor, wherein the nozzle preferably has a diameter of 0.01 mm to 1 mm, in particular has a diameter of 0.2 mm to 0.4 mm.
13.) Reaktor zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor derart ausgelegt ist, dass in einem ihn befüllenden ersten Gas13.) reactor for carrying out a method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the reactor is designed such that in a first gas filling it
(Targetgas) mit Hilfe einer Ultraschallsignalquelle durch ein Ultraschallsignal mit einer Ultraschallfrequenz > 16 kHz kHz eine„stehende Welle" dieses ersten Gases erzeugt werden kann, (Target gas) with the help of an ultrasonic signal source by an ultrasonic signal with an ultrasonic frequency> 16 kHz kHz, a "standing wave" of this first gas can be generated
der Reaktor eine Ultraschallsignalquelle aufweist und  the reactor has an ultrasonic signal source and
eine Öffnung zum Eintrag eines zweiten Gases vorliegt.  there is an opening for introducing a second gas.
14. ) Reaktor zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass 14.) reactor for carrying out a method according to one of claims 1 to 12, characterized in that
a. der Reaktor ein resonanzfähiger Behälter ist, der zumindest teilweise aus einem Rohr besteht, in dem eine„stehende Welle" erzeugt wird oder werden kann,  a. the reactor is a resonant container consisting at least partially of a tube in which a "standing wave" is or may be generated,
b. der Reaktor eine Ultraschallsignalquelle aufweist und  b. the reactor has an ultrasonic signal source and
c. ein Öffnung zum Eintrag eines zweiten Gases vorliegt, wobei d. die Ultraschallsignalquelle an einem Ende des Reaktors und eine  c. an opening for introducing a second gas is present, wherein d. the ultrasonic signal source at one end of the reactor and a
schwingfähige Membran am gegenüberliegenden Ende des Reaktors vorliegt und  vibratable membrane is present at the opposite end of the reactor and
e. das die Ultraschallsignalquelle tragende Reaktorende in Form eines  e. the reactor end carrying the ultrasonic signal source in the form of a
Lautsprechers geformt ist.  Speaker is shaped.
15. ) Reaktor gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass 15.) Reactor according to one of claims 13 or 14, characterized in that
o der Reaktor längliche Gestalt hat, vorzugsweise als Rohr ausgeführt ist; und/oder der Reaktor zwei gegenüberliegende Reaktorenden aufweist, wobei vorzugsweise mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist; o the reactor has elongated shape, preferably designed as a tube; and or the reactor has two opposite reactor ends, wherein preferably at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
und/oder and or
der Reaktor als akustischer Resonator zumindest teilweise aus einem Rohr besteht, insbesondere bevorzugt in Form eines akustisch resonanzfähigen Rohrs ausgeführt ist; the reactor as an acoustic resonator at least partially consists of a tube, in particular preferably in the form of an acoustically resonant tube;
und/oder and or
der Reaktor ein akustischer Resonator mit zwei gegenüberliegenden the reactor is an acoustic resonator with two opposite ones
Reaktorenden ist, der vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Rohr besteht und in dem mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist; Reactor ends, which preferably consists at least partially of a tube and in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
und/oder and or
der Reaktor ein akustischer Resonator mit zwei gegenüberliegenden the reactor is an acoustic resonator with two opposite ones
Reaktorenden ist, der vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Rohr besteht und in dem mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist; Reactor ends, which preferably consists at least partially of a tube and in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open;
und/oder and or
der Reaktor ein akustisch resonanzfähiges Rohr mit zwei gegenüberliegenden geschlossenen oder offenen Reaktorenden ist, in dem mindestens ein Reaktorende geschlossen ist oder mindestens ein Reaktorende offen ist; und/oder the reactor is an acoustically resonant tube having two opposite closed or open reactor ends, in which at least one reactor end is closed or at least one reactor end is open; and or
der Reaktor mindestens zwei gegenüberliegende Reaktorenden aufweist, wobei die Ultraschallsignaiquelie an einem Reaktorende angeordnet ist und das gegenüberliegenden Reaktorende als schwingfähige Membran, vorzugsweise als schwingfähige metallische Membran, insbesondere aus Cu, Ag oder Au, ausgeführt ist; the reactor has at least two opposite reactor ends, wherein the ultrasonic signal quench is arranged at a reactor end and the opposite reactor end is designed as a vibratable membrane, preferably as a vibratable metallic membrane, in particular made of Cu, Ag or Au;
und/oder and or
der Reaktor mindestens zwei gegenüberliegende Reaktorenden aufweist, wobei das Reaktorende, an dem die Ultraschallsignaiquelie angeordnet ist, in Form einer Lautsprechers ausgeführt ist; the reactor has at least two opposing reactor ends, the reactor end, on which the ultrasonic signal laughter is arranged, being in the form of a loudspeaker;
und/oder and or
dass das Ultraschallsignal mittels mechanischer oder elektromechanischer Mittel vorzugsweise durch einen Galtonpfeife, Ultraschallsirene, Lippenpfeife, Hartmann Generator, schwingende Stäbe, schwingende Saiten, that the ultrasonic signal by means of mechanical or electromechanical means preferably by a Galton pipe, ultrasonic siren, lip whistle, Hartmann generator, vibrating rods, vibrating strings,
magnetostriktiv oder piezoelektrisch, besonders vorzugsweise durch eine Ultraschallsirene, erzeugt wird; und/oder magnetostrictive or piezoelectric, particularly preferably generated by an ultrasonic siren; and or
der Reaktor in Beton eingegossen wird; the reactor is poured into concrete;
und/oder and or
der Reaktor aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Verbundstoffen wie Beton oder aus einer Kombination dieser Materialien besteht; the reactor is made of metal, plastic, ceramic or composites such as concrete or a combination of these materials;
und/oder and or
das die Öffnung zum Eintrag des zweiten Gases als Düse ausgeführt ist; und/oder that the opening to the entry of the second gas is designed as a nozzle; and or
das zweite Gas aus einem Gasbehälter, in dem das zweite Gas mit Überdruck vorliegt, über eine Düse in den Reaktor eingetragen wird, wobei die Düse vorzugsweise einen Durchmesser von 0.01 mm bis 1 mm, insbesondere einen Durchmesser von 0.2 mm bis 0.4 mm hat; the second gas from a gas container in which the second gas is present with excess pressure, is introduced via a nozzle into the reactor, wherein the nozzle preferably has a diameter of 0.01 mm to 1 mm, in particular a diameter of 0.2 mm to 0.4 mm;
und/oder and or
das zweite Gas in Form des Molekularstrahls durch die Öffnung, vorzugsweise durch eine Düse, parallel zur Rohrlängsachse des als Rohr ausgeführten Reaktors in den Reaktor eingetragen wird; the second gas in the form of the molecular beam is introduced into the reactor through the opening, preferably through a nozzle, parallel to the tube longitudinal axis of the reactor designed as a tube;
und/oder and or
der Reaktor in Beton eingegossen wird oder mehrere Reaktoren zusammen inthe reactor is poured into concrete or several reactors together in
Beton eingegossen werden; Poured concrete;
und/oder and or
der Reaktor aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Verbundstoffen wie Beton oder aus einer Kombination dieser Materialien besteht; the reactor is made of metal, plastic, ceramic or composites such as concrete or a combination of these materials;
und/oder and or
die Ultraschallsignalquelle an einem Reaktorende und eine schwingfähigethe ultrasonic signal source at a reactor end and a vibratory
Membran am gegenüberliegenden Reaktorende vorliegt; Membrane is present at the opposite end of the reactor;
und/oder and or
das die Ultraschallsignalquelle tragende Reaktorende in Form eines the reactor end carrying the ultrasonic signal source in the form of a
Lautsprechers geformt ist. Speaker is shaped.
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