[發(fā)明專利]一種具有中空陰極的多段等離子體裂解碳質(zhì)材料反應(yīng)器系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110393211.2
• 申請(qǐng)日: 2011-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN103127895A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李軒;顏彬航;吳昌寧;程易;郭屹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號(hào): B01J19/08
• 分類號(hào): B01J19/08;C07C11/24;C07C4/04;C07C1/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 張蓉珺;林柏楠

1.一種具有中空陰極的多段等離子體裂解碳質(zhì)材料反應(yīng)器系統(tǒng)，反應(yīng)器系統(tǒng)的每段包括：

被冷卻介質(zhì)循環(huán)冷卻的中空陰極和中空陽(yáng)極，所述中空陰極和中空陽(yáng)極之間形成一個(gè)腔室，其中，第一段的中空陰極的至少一部分位于第一段中空陽(yáng)極的內(nèi)部空間中；

位于所述中空陰極或陽(yáng)極外表面和所述中空陽(yáng)極或陰極內(nèi)表面之間的工作氣體入口，用于使所述工作氣體進(jìn)入上述腔室中；

碳質(zhì)材料和載氣入料入口，位于所述中空陰極或陽(yáng)極在所述腔室中的一端，所述中空陰極或陽(yáng)極的中空通道被用作碳質(zhì)材料和載氣入料和/或熱解揮發(fā)分的輸送通道，碳質(zhì)材料和載氣入料和/或熱解揮發(fā)分經(jīng)上述輸送通道通過碳質(zhì)材料和載氣入料入口進(jìn)入上述腔室中；

與上述中空陽(yáng)極或中空陰極相連的反應(yīng)管，此外，反應(yīng)器系統(tǒng)還包括：

至少一個(gè)位于最后一個(gè)上述反應(yīng)管下部用于激冷或凍結(jié)反應(yīng)產(chǎn)物的激冷介質(zhì)入口；和

至少一個(gè)位于最后一個(gè)上述反應(yīng)管底部或下部的激冷產(chǎn)物和氣體的出口，

其中，第一段的中空陰極或被用作上一段反應(yīng)管的任何一段的中空陰極和中空陽(yáng)極之間形成的腔室內(nèi)產(chǎn)生等離子體和/或電弧，所述工作氣體經(jīng)過位于上述中空陰極和陽(yáng)極之間的電弧形成區(qū)，從而產(chǎn)生等離子體氣體，并且產(chǎn)生的等離子體氣體在上述腔室最高溫度區(qū)域或其附近與從所述陰極中空通道進(jìn)入上述腔室的碳質(zhì)材料和載氣入料和/或熱解揮發(fā)分進(jìn)行充分地接觸和混合，并發(fā)生碳質(zhì)材料熱解和揮發(fā)分氣相反應(yīng)。

2.一種具有中空陰極的多段等離子體裂解碳質(zhì)材料反應(yīng)器系統(tǒng)，反應(yīng)器系統(tǒng)的每段包括：

被冷卻介質(zhì)循環(huán)冷卻的中空陰極和中空陽(yáng)極，所述中空陰極和中空陽(yáng)極之間形成一個(gè)腔室，其中第一段的中空陰極為一個(gè)中空陰極位于另一個(gè)中空陰極的中空通道中的雙中空陰極，雙中空陰極的兩個(gè)中空陰極之間形成環(huán)面狹縫，并且所述雙中空陰極的至少一部分位于第一段中空陽(yáng)極的內(nèi)部空間中；

位于所述中空陰極或陽(yáng)極外表面和所述中空陽(yáng)極或陰極內(nèi)表面之間的工作氣體入口，用于使所述工作氣體進(jìn)入上述腔室中；

碳質(zhì)材料和載氣入料入口，位于所述中空陰極或陽(yáng)極在所述腔室中的一端，所述中空陰極或陽(yáng)極的中空通道或雙中空陰極的環(huán)面狹縫被用作碳質(zhì)材料和載氣入料和/或熱解揮發(fā)分的輸送通道，碳質(zhì)材料和載氣入料和/或熱解揮發(fā)分經(jīng)上述輸送通道通過碳質(zhì)材料和載氣入料入口進(jìn)入上述腔室中；

與上述中空陽(yáng)極或中空陰極相連的反應(yīng)管，此外，反應(yīng)器系統(tǒng)還包括：

至少一個(gè)位于最后一個(gè)上述反應(yīng)管下部用于激冷或凍結(jié)反應(yīng)產(chǎn)物的激冷介質(zhì)入口；和

至少一個(gè)位于最后一個(gè)上述反應(yīng)管底部或下部的激冷產(chǎn)物和氣體的出口，

其中，第一段的雙中空陰極之一或被用作上一段反應(yīng)管的任何一段的中空陰極和中空陽(yáng)極之間形成的腔室內(nèi)產(chǎn)生等離子體和/或電弧，所述工作氣體經(jīng)過位于上述中空陰極和陽(yáng)極之間的電弧形成區(qū)，從而產(chǎn)生等離子體氣體，并且產(chǎn)生的等離子體氣體在上述腔室最高溫度區(qū)域或其附近與從所述環(huán)面狹縫或所述陰極中空通道進(jìn)入上述腔室的碳質(zhì)材料和載氣入料和/或熱解揮發(fā)分進(jìn)行充分地接觸和混合，并發(fā)生碳質(zhì)材料熱解和揮發(fā)分氣相反應(yīng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述雙中空陰極的所述環(huán)面狹縫或最里面的中空通道被用作工作氣體或預(yù)熱碳質(zhì)材料和載氣入料的預(yù)熱氣體的輸送通道，它們的底端被用作工作氣體或預(yù)熱碳質(zhì)材料和載氣入料的預(yù)熱氣體的入口。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任何之一所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中被用作下一段中空陰極的反應(yīng)管通過一個(gè)絕緣體與所述陽(yáng)極相連并作物理隔離；而被用作下一段中空陽(yáng)極的反應(yīng)管直接與所述陽(yáng)極相連。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任何之一所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述中空陰極外表面與所述陽(yáng)極的內(nèi)表面之間的最近水平距離為1-400毫米；而所述中空陰極外表面下端與所述陽(yáng)極的內(nèi)表面之間的最近距離為1-400毫米。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述中空陰極外表面下端與所述陽(yáng)極的內(nèi)表面之間的最近距離進(jìn)一步為1-15毫米。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-3和6任何之一所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述陽(yáng)極側(cè)壁和底壁的內(nèi)表面形成范圍為90°-160°的夾角。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述陽(yáng)極側(cè)壁和底壁的內(nèi)表面進(jìn)一步形成范圍為105°-145°的夾角。