用于提高气体转化性能的等离子体装置和气体重整方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于提高气体转化性能的等离子体装置和气体重整方法，三个石英管的尾端内部相通，每个石英管外部缠绕贴合有外电极，三个外电极相互之间通过金属丝连接，每个石英管内设置有内电极，第一石英管上设有出气口，第二石英管、第三石英管分别设有第一进气口和第二进气口，第一内电极接高压电，第二内电极和第三内电极接地。本发明专利技术利用介质阻挡放电等离子体技术，形成两段式紧凑型等离子体反应系统，使用两段式配合放电，先在左右两端放电区域使反应气体从基态分子变为激发态分子，反应气体处于不同能级，使气体重整反应更容易发生，降低能耗，并且将这些步骤集成在同一个反应其中，缩减了装置体积，提高反应的转化性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
用于提高气体转化性能的等离子体装置和气体重整方法


[0001]本专利技术涉及提高气体转化性能，特别涉及一种用于提高气体转化性能的等离子体装置和气体重整方法。

技术介绍

[0002]目前，化石能源燃料依旧是人类消耗能源的主要方式，但是一些可再生的能源如太阳能、潮汐能、风能等还是难以去完全替代化石燃料。同时化石能源燃料的消耗，导致了温室气体的过量排放，造成温室效应并引发了一系列的恶劣天气。
[0003]目前气体的重整反应主要方法有热催化法、电化学法、等离子体催化技术法等。对于热催化法，虽处理方式简单，但能耗大且温度过高容易导致催化剂烧结失活等缺点；对于电化学法转化效率虽得到提高，但存在工艺复杂、装置成本高、经济性差等问题。而等离子体技术法是利用等离子体中含有的大量的高能带电粒子以及活性粒子与气体分子发生一系列的反应，可以使反应在常温常压的条件下进行反应。
[0004]等离子体是一种可在大气压下产生的非平衡等离子体，并且其整体温度接近于室温。等离子体中含有的大量高能电子、激发态原子、自由基等活性粒子，这些活性粒子可以与反应气体相互碰撞使得气体分子的化学键被打开生成一系列的物质发生反应。
[0005]辉光放电的气压低、功率密度小，气体转化率低；电晕放电较弱，且电场强度和电子密度分布不均匀，气体的处理效率受电极结构的影响大。
[0006]介质阻挡放电是在两电极之间的放电空间中插入绝缘介质，电极之间的气体分子在强电场的作用下电离并加速，最终产生贯穿整个空间的电离通道；绝缘介质阻碍了带电粒子向电极的移动，避免放电过渡到火花或电弧放电。它的优点在于气压范围宽、放电频率范围广、结构简单、放电均匀稳定；但介质阻挡放电需要电源的输出功率高，造成能量不必要的浪费。
[0007]如专利CN115466970A中所述的低温等离子体串联电解池还原二氧化碳制备多碳产物的装置，其将等离子体反应器与电解池模块相结合，能量输入过高，使能耗过大。
[0008]如专利CN114832590B中所述的阵列式多针同轴高效处理低温等离子体反应堆，其采用流量监测器以及电动三通球阀、导流环等，增加了装置的复杂性和运行成本。
[0009]如专利CN216418877U中所述的恶臭气体处理用多腔室等离子体反应发生装置,其虽然利用导向板增大了气体的流动路径，但反应温度对其导向板的材料和耐压能力也提出来更高的要求。

技术实现思路

[0010]1.所要解决的技术问题：如何来提高气体的重整转化性能问题，2.技术方案：为了解决以上问题，本专利技术提供了一种用于提高气体转化性能的等离子体装置，
包括三个石英管，三个所述石英管的尾端内部相通，每个石英管外部缠绕贴合有外电极，第一石英管外的是第一外电极，第二石英管外的是第二外电极，第三石英管外的是第三外电极，三个所述外电极相互之间通过金属丝连接，每个石英管内设置有内电极，第一石英管上设有出气口，第二石英管、第三石英管分别设有第一进气口和第二进气口，所述第一石英管内的第一内电极接高压电源，所述第二石英管内的第二内电极和所述第三石英管内的第三内电极接地。
[0011]每个石英管内都设有聚四氟乙烯管，用于固定石英管内的内电极。
[0012]第一内电极插入第一聚四氟乙烯管，第二内电极插入第二聚四氟乙烯管，第三内电极插入第三聚四氟乙烯管，每个内电极和对应的聚四氟乙烯管之间同轴。
[0013]每个所述内电极为金属棒或金属螺纹管或金属狼牙棒。
[0014]所述金属为不锈钢、铜、铝中的一种。
[0015]所述三个石英管的排布为Y型。
[0016]第一进气口和第二进去口的进气分别为：CO2和CH4、CO2和H2、CH4和O2、N2和H2、CH4和H2O中的任一组合。
[0017]本专利技术还提供了所述用于提高气体转化性能的等离子体装置进行气体重整的方法，包括以下步骤：步骤S01：第一内电极接高压电，在第一石英管内形成强电场，从而在第一外电极所在的第一石英管内部形成第一放电区域，将第一放电区域的电场分别部分输送到第二外电极所在第二石英管内的第二放电区域、第三外电极所在第三石英管内的第三放电区域的内部形成次级放电。
[0018]步骤S02：气体从第一进气口、第二进气分别进入第二放电区域8和第三放电区域9内。
[0019]步骤S03：第二放电区域和第三放电区域内分子与高能电子发生电离、离解反应，气体从基态分子变为激发态分子，并产生的活性物质。
[0020]步骤S04：将步骤S03中产生的活性物质以及部分未分解的气体进入到第一放电区域7发生反应，完成对气体之间的重整并产生附加化工产品。
[0021]在进气是CO2和CH4时，产生的活性物质是：CO、CO2*、O*、O；CH4*、CH3*、CH2*、CH*、H2*、H*在进气是CO2和H2时，产生的活性物质为CO、CO
2*
、O
*
、O、H
2*、
H
*、
; 在进气是CH4和O
2时，
产生的活性物质是CH
4*
、CH
3*
、CH
2*
、CH
*
、H
2*
、H
*
、O
*
、O；在进气是CH4和H2O时，产生的活性物质是CH
4*
、CH
3*
、CH
2*
、CH
*
、H
2*
、H
*
、O
*
、O、H2O
*
；当进气是N2和H2时
，
产生的活性物质是N2*、N*； H2*、H*。
[0022]在进气是CO2和CH4、CO2和H2、CH4和O2、CH4和H2O中任一组合时，产生的附加化工产品为甲醇、乙醇、乙酸等，当进气是N2和H2时，附加化工产品是NH3。
[0023]3.有益效果：本专利技术利用介质阻挡放电等离子体技术，形成两段式紧凑型等离子体反应系统，使用两段式配合放电，先在左右两端放电区域使反应气体从基态分子变为激发态分子，反应气体处于不同能级，使气体重整反应更容易发生，降低能耗，并且将这些步骤集成在同一个反应其中，缩减了装置体积，提高反应的转化性能。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的结构示意图。
[0025]图2是石英管示意图。
[0026]图3是螺纹管示意图。
[0027]图4是装置运行方法流程图。
[0028]图5是实施例1中，CO2、CH4转化率示意图。
[0029]图6是实施例1中，Y型管能量效率示意图。
[0030]图7是实施例1中，单管能量效率示意图。
[0031]附图标记说明:101.第一内电极；102.第二内电极；103.第三内电极；201.第二外电极；202.第二外电极；203.第三外电极；301.第一进气口；302. 第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
和O2、CH4和H2O中任一组合时，产生的附加化工产品为甲醇、乙醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅丹华，李晨，孙闵杰，刘诗筠，方志，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：