【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于在化工方法中使用的能够产生冷等离子体的装置，具体来说，涉及用于产生化学物质、尤其是例如硝酸及硫酸等酸的装置。本专利技术还涉及包含所述冷等离子体产生器装置的反应器及设备且涉及基于其的对应化学方法。
技术介绍
使用冷等离子体产生化学物质具有相对于传统方法的不同优点。具体来说，在根据以下反应生产硝酸的情况下：2N2+5O2+2H2O→4HNO3不需要使用催化剂，也不需要在高温下工作且尤其不使用原料氨，而是仅使用具有简单的环境空气或富含氧气的空气的各种技术，例如分子筛或低温分离或其它。已知的冷等离子体产生器主要由高压或频率发电机供给的两个电极构成，使得在相同电极之间产生电场。所述场继而电离并激发所述电极之间存在的气体分子或原子，通常是空气，因此产生等离子气体。然而，本领域中已知的等离子体产生器及它们安装在其中的反应器具有一些重要限制。此些限制主要是关于用于产生等离子体的系统的效率，等离子体归因于其固有性质而出现在电极之间的非常受约束的区中。刚刚所说明的方面必然包含冷等离子体技术在化学合成过程中的使用。
技术实现思路
由本专利技术提出并解决的技术难题于是提供用于产生冷等离子体的装置及用于产生化学物质的相关方法或过程，从而能够避免上文参考所提及的已知技术的缺点。本专利技术还提供并入所述产生器装置的反应堆及化学设备。解决上述技术难题如独立权利要求1中所述。本专利技术的优选特征是从属...
【技术保护点】
一种用于通过冷等离子体在反应器设备(211，...，214)中产生化学物质的化学方法，所述化学物质尤其是酸、硝酸、硫酸、硝酸铵、硫酸铵、硝酸钙、NO、NO2、NOx、NxOx或氧化VOC中的任一者，其中所述冷等离子体在所述反应器设备(211，...，214)的产生器装置(111、112、113)中产生，所述产生器装置包括彼此相对设置的第一电极(51)及第二电极(522)以便在它们之间界定等离子体产生区(521)，所述第一电极(51)和/或第二电极(522)由电源(15、16)供给，使得在它们之间的所述等离子体产生区(521)处建立电势中的差异，其中使气体越过所述等离子体产生区(521)以便获得等离子气体，其中所述第二电极(522)是液态电极，其中所述第一电极(51)是可旋转的且优选以大约每分钟2800转的最大旋转速度驱动。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.10 IT RM2013A000212;2013.04.10 IT RM2013A01.一种用于通过冷等离子体在反应器设备(211，...，214)中产生化学物质的化学
方法，所述化学物质尤其是酸、硝酸、硫酸、硝酸铵、硫酸铵、硝酸钙、NO、NO2、NOx、
NxOx或氧化VOC中的任一者，
其中所述冷等离子体在所述反应器设备(211，...，214)的产生器装置(111、112、
113)中产生，所述产生器装置包括彼此相对设置的第一电极(51)及第二电极(522)
以便在它们之间界定等离子体产生区(521)，
所述第一电极(51)和/或第二电极(522)由电源(15、16)供给，使得在它们之
间的所述等离子体产生区(521)处建立电势中的差异，
其中使气体越过所述等离子体产生区(521)以便获得等离子气体，
其中所述第二电极(522)是液态电极，
其中所述第一电极(51)是可旋转的且优选以大约每分钟2800转的最大旋转速度
驱动。
2.根据权利要求1所述的化学方法，其中已越过所述等离子体产生区(521)的所述
等离子气体再循环到所述等离子体产生区(521)中。
3.根据前述权利要求所述的化学方法，其中所述等离子气体的再循环部分相对于
离开产生器装置的等离子气体或离开反应器设备并进入方法的其他步骤的酸处于1:10直
到10:1的范围内的比率。
4.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的化学方法，其中所述产生器装置
(111、112、113)沿着所述大体上水平的第一电极(51)的纵向轴线(L)设置。
5.根据前述权利要求所述的化学方法，其中所述至少一个产生器装置(111、112、
113)经设置以使得所述第一电极(51)的纵向轴线(L)大体上平行于所述液态电极(522)
的自由表面(18)。
6.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的化学方法，其条件是主体(52)封围
所述第一电极(51)且其至少部分浸没在所述液态电极(522)中。
7.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的化学方法，其中所述液态电极(522)
用于冷却进入所述等离子体产生区(521)的所述气体，优选产生进入所述等离子体产生
区(521)的蒸气。
8.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的化学方法，其中所述第一电极(51)
与第二电极(522)之间的距离是通过控制所述液态电极(522)的液面高度来调整。
9.一种用于通过冷等离子体在反应器设备(201、202)中产生化学物质的化学方法，
所述化学物质尤其是酸、硝酸、硫酸、硝酸铵、硫酸铵、硝酸钙、NO、NO2、NOx、NxOx
\t或氧化VOC中的任一者，
其中所述冷等离子体在所述反应器设备(201、202)的产生器装置(101、102)中
产生，所述产生器装置包括外部电极(2)及内部电极(1)，所述电极布置成一个电极
围绕着另一个电极以便在它们之间界定等离子体产生区(121)，
所述内部电极(1)和/或外部电极(2)由电源(15、16)供给，使得在它们之间
的所述等离子体产生区(121)处建立电势中的差异，
其中所述内部电极(1)及外部电极(2)彼此相对地旋转，
其中使气体越过所述等离子体产生区(121)以便获得等离子气体，
其中已越过所述等离子体产生区(121)的所述等离子气体的一部分再循环到所述
等离子体产生区(121)中，
其中所述外部电极(2)具有等离子气体的额外出口端口(10)，所述出口端口(10)
相对于等离子气体流动设置在至少一个出口再循环端口(5)的下游。
10.根据权利要求9所述的化学方法，其中所述内部电极(1)可旋转且使所述外部电
极(2)固定。
11.根据权利要求9或10所述的化学方法，其中所述外部电极(2)和内部电极(1)
两者可旋转。
12.根据权利要求9到11中任一项权利要求所述的化学方法，其中所述外部电极(2)
和内部电极(1)经设置以使得相应的纵轴(L)大体上平行或重合，所述轴的方向优选
还对应于相对旋转的轴(A)的方向是共同的。
13.根据前述权利要求所述的化学方法，其中所述外部电极(2)和内部电极(1)同
轴地设置。
14.根据权利要求12所述的化学方法，其中所述外部电极(2)和内部电极(1)偏心
地设置。
15.根据权利要求9到14中任一项权利要求所述的化学方法，其中所述产生器装置
(101、102)沿着大体上垂直的所述内部电极(1)的纵向轴线(L)设置。
16.根据权利要求9到15中任一项权利要求所述的化学方法，其中以大约每分钟2800
转的最大旋转速度驱动所述产生器装置(101、102)的所述电极(1、2)中的一者。
17.根据权利要求9到16中任一项权利要求所述的化学方法，其中所述等离子气体
的再循环部分相对于离开产生器装置的等离子气体或离开反应器设备并进入方法的其他
步骤的酸处于1:10直到10:1的范围内的比率。
18.根据权利要求9到17中任一项权利要求所述的化学方法，其中所述产生器装置
(101、102)的所述内部电极(1)及外部电极(2)中的一者至少部分浸没在导电液体中。
19.根据前述权利要求所述的化学方法，其中所述至少一个产生器装置(101、102)
经设置以使得所述内部电极(1)的纵向轴线(L)大体上垂直于所述导电液体的自由表
面(18)。
20.根据权利要求9到19中任一项权利要求所述的化学方法，其中导电液体用于冷
却进入所述等离子体产生区(121)的所述气体，优选产生进入所述等离子体产生区(121)
的蒸气。
21.根据权利要求9到20中任一项权利要求所述的化学方法，其包括在所述反应器
设备中产生的所述酸及气体/蒸气的冷凝步骤。
22.根据前述权利要求所述的化学方法，其进一步包括在所述冷凝步骤下游的液体-气
体分离步骤。
23.根据权利要求21所述的化学方法，其进一步包括在所述冷凝步骤下游的至少一
个冷却步骤，优选是雾冷却步骤。
24.根据权利要求21或23所述的化学方法，其包括适于增加酸产量的额外反应步
骤，其中所述额外反应步骤在所述冷凝步骤的下游且优选在所述至少一个冷却步骤的下
游。
25.根据前述权利要求所述的化学方法，其中所述额外反应步骤增加冷凝酸与气体/蒸
气之间的接触表面，优选通过使用雾化或喷雾构件而实现。
26.根据权利要求24或25所述的化学方法，其中所述额外反应步骤提供冷凝酸的再
循环。
27.根据权利要求21到23中任一项权利要求所述的化学方法，其进一步包括来自所
述产生器装置(111、112、113)的所述额外反应步骤的气体/蒸气的再循环步骤。
28.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的化学方法，其中所述酸是H2SO4且
其中所述过程包括用于产生硫烟的步骤，所述步骤是输入的气体越过所述产生器装置
(111；112，113)的所述等离子体产生区(521)。
29.根据前述权利要求所述的化学方法，其包括在所述硫烟进入所述等离子体产生区
(521)中之前对所述硫烟的至少一个冷却步骤。
30.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的化学方法，其中所述酸是硝酸，且其
中越过所述产生器装置(111、112、113)的所述等离子体产生区(521)的所述输入气体
是空气。
31.一种冷等离子体的产生器装置(111、112、113)，
其适合用于过程中，尤其适合用于产生酸、硝酸、硫酸、硝酸铵、硫酸铵、硝酸
钙、NO、NO2、NOx、NxOx或氧化VOC中的任一者，
所述装置(111、112、113)包括第一电极(51)及第二电极(52、522)，所述电
极经设置以便在它们之间界定等离子体产生区(521)，
所述第一电极(51)和/或第二电极(52、522)连接或可连接到电源(515、516)，
使得在使用中在所述等离子体产生区(521)处建立电势中的差异，
所述装置(111、112、113)具有用于越过所述等离子体产生区(521)的气体的入
口端口(58、55)及用于已越过所述等离子体产生区(521)的所述等离子气体的至少
一再循环端口(55、58)，
所述装置(111、112、113)经配置以使得所述第二电极(52、522)是液态电极，
其中所述第一电极(51)可旋转。
32.根据权利要求31所述的产生器装置(111)，其包括主体(52)，所述第一电极(51)
至少部分接纳在所述主体(52)内。
33.根据前述权利要求所述的产生器装置(111)，其中在所述主体(52)上获得所述
入口端口(58、55)和/或所述至少一个再循环出口端口(55、58)。
34.根据前述权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述入口端口(58、55)或所
述至少一个再循环出口端口(55、58)布置在所述主体(52)的一端处、优选布置在基底
处。
35.根据权利要求33或34所述的产生器装置(111)，其中所述至少一个再循环出口
端口(55、58)及所述入口端口(58、55)布置在所述主体(52)的侧壁或裙座处。
36.根据权利要求33到35中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述至
少一个再循环出口端口(55、58)界定出口区域，所述的出口区域大体上等于或大于所述
主体(52)的横截面区域。
37.根据权利要求31到36中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述主
体(52)具有多个所述等离子气体的再循环出口端口(55)，所述端口(55)优选布置在
所述主体(52)的侧壁或裙座处。
38.根据权利要求31到37中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述主
体(52)及所述第一电极(51)经设置以使得相应的纵轴(L)大体上平行或重合，其中
所述轴的方向优选还对应于所述第一电极(51)的旋转轴(A)的方向。
39.根据前述权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述主体(52)和所述第一电
\t极(51)同轴地设置。
40.根据权利要求38所述的产生器装置(113)，其中所述主体(52)和所述第一电极
(51)偏心地设置。
41.根据权利要求32到40中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述主
体(52)和/或所述第一电极(51)具有大体上圆柱形几何形状。
42.根据权利要求32到41中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述主
体(52)的所述横截面区域比所述第一电极(51)的横截面大大约25到100倍。
43.根据权利要求32到42中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述主
体(52)和所述第一电极(51)两者具有大体上圆形横截面，且其中所述主体(52)的直
径比所述第一电极(51)的直径大大约5到10倍。
44.根据权利要求32到43中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述主
体(52)具有优选设置在其侧壁或裙座处的至少一个液体入口端口(555)，所述设置使得
所述液体入口端口(555)允许所述主体(52)部分浸没到所述液态电极(522)中。
45.根据前述权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述至少一个液体入口端口
(555)和所述至少一个再循环出口端口(55、58)设置在所述主体(52)的大体上彼此正
交的相应部分处。
46.根据权利要求31到45中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述第
一电极(51)是轴杆形状。
47.根据权利要求31到46中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述第
一电极(51)固定到可旋转轴杆(501)上，所述可旋转轴杆优选接纳在所述主体(52)
内。
48.根据权利要求31到47中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述第
一电极(51)的设置大体上平行于所述液态电极(522)的自由表面(518)。
49.根据权利要求31到48中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其包括适于
通过所述等离子体产生区(521)汲取气体的进气构件(54)。
50.根据前述权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述进气构件(54)包括转子
或叶轮，所述转子或叶轮优选连接、更优选固定到所述第一可旋转电极(51)，其中所述
转子或叶轮优选至少部分由塑料材料制成。
51.根据从属于权利要求2时的权利要求39到50所述的产生器装置(112)，其中所
述进气构件包括设置在所述主体(52)外部的转子或叶轮(64)，优选是离心转子或叶轮。
52.根据从属于权利要求2时的权利要求40或41所述的产生器装置(111)，其中所
\t述进气构件包括转子或叶轮(54)，所述转子或叶轮的直径具有在所述主体(52)的内径
的大约70％到95％、更优选大约60％到90％的范围内。
53.根据权利要求31到52中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其包括关联
到所述第一电极(51)的滑动电接触构件(558)。
54.根据权利要求31到53中任一项权利要求所述的产生器装置(111)，其包括用于
触发所述第一电极(51)与第二电极(52、522)之间的放电的触发构件(53)。
55.根据前述权利要求所述的产生器装置(111)，其中所述触发构件(53)与所述第
一电极(51)连接、优选连接方式为固定。
56.根据权利要求45或46所述的产生器装置(101)，其中所述触发构件(53)是基
于尖端效应。
57.根据权利要求45到47中任一项权利要求所述的产生器装置(101)，其中所述触
发构件(53)大体上是梳状的。
58.一种产生器组合件，其包括：
根据前述权利要求中任一项权利要求所述的产生器装置(111、112、113)，及
连接或可连接到所述产生器装置(111、112、113)的所述第一电极(51)和/或第
二电极(52、522)的高频或高压发电机。
59.根据前述权利要求所述的产生器组合件，其进一步包括电动机，所述电动机适于
优选以大约每分钟2800转的最大速度旋转驱动所述产生器装置(111、112、113)的所述
电极(51、52、522)中的一者。
60.一种反应器设备(211；...；214)，其适合用于方法中，尤其适合用于产生酸、硝
酸、硫酸、硝酸铵、硫酸铵、硝酸钙、NO、NO2、NOx、NxOx或氧化VOC，
所述设备(211；...；214)包括根据前述权利要求中任一项权利要求所述的至少一
个产生器装置(111、112、113)或产生器组合件，且其中所述装置(211；...，214)
具有至少一个出口端口(510)，所述至少一个出口端口(510)用于输出在所述反应器
设备中通过涉及所述至少一个产生器装置(111；112、113)中产生的所述等离子气体
的反应而获得的气体/蒸气。
61.根据前述权利要求所述的反应器设备(211)，所述设备(211)具有槽区(580)，
所述槽区(580)适于容纳所述至少一个产生器装置(111、112、113)的所述液态电极
(522)。
62.根据权利要求60或61所述的反应器设备(211)，其包括外部壳体(511)，所述
至少一个产生器装置(111、112、113)至少部分设置在所述壳体(511)内部。
63.根据权利要求61及62所述的反应器设备(211)，其中所述壳体(511)界定所述
槽区(580)。
64.根据权利要求62或63所述的反应器设备(211)，其中所述壳体(511)具有导电
液体入口(513)及气体入口(512)，所述导电液体入口(513)及气体入口(512)优选
彼此邻近设置。
65.根据权利要求60到64中任一项权利要求所述的反应器设备(211)，其中所述壳
体(511)具有优选布置在其顶部处的气体/蒸气出口(510)。
66.根据权利要求60到65中任一项权利要求所述的反应器设备(211)，其包括用于
控制和/或调整所述液态电极(522)的液面高度的构件(518)。
67.根据权利要求60到66中任一项权利要求所述的反应器设备(211)，其包括所述
的多个产生器装置(111；112；113)和/或产生器组合件，所述的多个产生器装置(111；
112；113)和/或产生器组合件是根据权利要求58到59中任一项权利要求所描述的多个
产生器装置(111；112；113)和/或产生器组合件。
68.根据权利要求60到67中任一项权利要求所述的反应器设备(211)，其中所述至
...
【专利技术属性】
技术研发人员：奥尔多·曼戈，
申请(专利权)人：阿米利喀商业私人有限公司，
类型：发明
国别省市：印度;IN
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