[發明專利]一種低溫冷等離子體磁流化床反應器

無效

• 申請號: 201010594639.9
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102120166A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 夏維東;周志鵬;張濟民;葉桃紅
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J8/24
• 分類號: B01J8/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種等離子體流化床，特別是涉及一種低溫冷等離子體磁流化床反應器。

背景技術

等離子體被稱作除固態、液態和氣態之外的第四種物質形態，是由電子、正負離子、自由基、激發態分子和原子以及分子、基態原子組成的導電性流體，整體保持電中性。由于等離子體空間富集的電子、正負離子、激發態分子和原子以及自由基都是極活潑的反應物種，因此等離子體化學法與傳統化學方法相比具有反應速度快、反應溫度低、參數控制靈活等優點。流化床以傳熱傳質效果好的優勢，在化工、能源和環保等領域得到廣泛應用。等離子體流化床將物理和化學方法相結合，具有等離子體和流化床的雙重優點。等離子體流化床無疑是一項極具工業應用前景的新技術。

在羅伯特·艾倫·簡森(Robert?Allen?Janssen)等人的US20030157000和中國科學院物理研究所的陳光良等人的CN1709563A公布的等離子體流化床中，均采用提升管流化床。提升管流化床顆粒濃度和氣固速度在徑向分布嚴重不均勻、氣固軸向返混大等缺點，很難實現氣固以平推流的方式運動。

而改善流化床性能的方法之一是向其中引入各種力場，如磁場、聲場、振動場等。20世紀60年代前蘇聯學者Filippov將磁場引入傳統流化床，由此產生磁流化床(Magnetically?fluidized?bed，MFB)。磁流化床以磁性顆粒為固相，在外加磁場環境下使顆粒流化。磁流化床可以有效控制返混，氣體流動接近平推流，顆粒分布均勻，降低傳質阻力。磁流化床也存在致命的弱點：當實際操作溫度高于磁性顆粒的居里溫度時，磁性顆粒失去磁性，使磁流化床無法操作。因此對于一些需要在高溫下進行的反應(如碳氫化合物重整制氫)，磁流化床無法應用。

發明內容

針對現有技術不足，本發明的目的在于提供一種低溫冷等離子體磁流化床反應器，低溫冷等離子體提高了反應物的活性，使得原本需要在高溫條件下進行的化學反應能夠在較低溫度(500℃)下發生，從而使磁流化床能夠在這些化學反應中應用。

本發明的的目的由以下原理方法實現：

在流化床反應器容器內部放置一定量的磁性顆粒，向容器內通入氣體，在氣流和磁場的共同作用下磁性顆粒與氣體均勻混合以近似平推流運動，然后在容器內施加電場從而放電產生低溫冷等離子體。低溫冷等離子體中存在大量的活性粒子，由于活性粒子的存在，反應可以在低于磁性顆粒的居里溫度下進行。磁性顆粒提高了反應器內的傳熱傳質效果，磁性顆粒本身也可以作為催化劑提高化學反應速率。

本發明將磁流化床與低溫冷等離子體技術相結合，利用反應器內產生的低溫冷等離子體提高反應物活性降低反應所需溫度，采用磁場改善反應器內的氣固流動促進反應器內的傳熱傳質，我們把這種形式的流化床稱作低溫冷等離子體磁流化床。

本發明中的低溫冷等離子體磁流化床既可以實現等離子體催化用于傳統的化學反應(如碳氫化合物重整制氫)，也可以用于對磁性顆粒進行表面處理以及催化劑顆粒的復活。

下面通過實施例及其附圖作進一步說明。

附圖說明

圖1是本發明所述低溫冷等離子體磁流化床反應器的一種介質阻擋放電實施例的結構示意圖。

圖2為圖1的A-A剖視圖。

具體如圖1所示所示，該介質阻擋放電低溫冷等離子體磁流化床反應器包括流化床反應器容器4，設置在反應器容器下部的氣體分配器3，氣體入口5，設置在反應器容器上部的氣體出口1，設置在反應器容器外壁的外電極9，外電極9與高壓交流電源6，內電極10與高壓交流電源6用導線7相連，內電極10和外電極9之間為磁性顆粒8，以及設置在反應器容器外部的一系列均勻磁場發生裝置2。

所述的反應器容器4用低磁導率絕緣材料制成，包括石英玻璃、陶瓷材料、工程塑料管等。

所述的反應器容器4外壁上設置的外電極9為一導電的鍍膜層，或者為均勻包裹在反應器容器外壁的導電網，或者均勻纏繞的導電絲，且導電金屬需為抗磁性材料如金、銅以及鉛等。

所述的氣體分配器3為一非金屬多孔片，其上分布有一系列通氣圓孔，孔徑的大小一般小于磁性催化劑顆粒的直徑。

所述的磁性顆粒8，磁性顆粒直徑大于10μm；磁性顆粒在反應器中所占的體積分數為0.1％——20％；磁性顆粒結構可以是實心或者多孔結構；磁性顆粒可以作為反應的催化劑，如鎳粉、雷尼鎳以及其他有催化性能的磁性顆粒或者鍍有催化劑的磁性顆粒等。

所述的內電極10可以是導電金屬棒、導電金屬管等環形電極，且導電金屬需為抗磁性材料如金、銅以及鉛等。