專利名稱：用來把在內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)中可用的燃料等離子體催化轉(zhuǎn)換成一種合成氣體的方法和等 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來在空氣或氧氣和在某些情況下水存在的情況下，使用超高頻(SHF)等離子體，把例如液烴，或在內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)中可以使用的其它燃料，轉(zhuǎn)換成主要包含氫和CO的一種合成氣體的設(shè)備。
本發(fā)明能用在石油化學(xué)工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、機(jī)動(dòng)設(shè)備(裝有內(nèi)燃機(jī)、燃料電池或燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)輸裝置)中，以及用在用于能用作上述設(shè)備的一種燃料的合成氣體的大規(guī)模生產(chǎn)的固定系統(tǒng)(借助于發(fā)電機(jī)、燃料電池或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電)中。在運(yùn)輸裝置上等離子體轉(zhuǎn)換器與適于使用合成氣體混合物的內(nèi)燃機(jī)的組合使用，允許減小當(dāng)采用石油加工燃料時(shí)由所述發(fā)動(dòng)機(jī)排放的污染物，而同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率(在10與15％之間)并且顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能而沒有其構(gòu)造等的基本變化。
背景技術(shù)：
1.-已知一種用于烴的轉(zhuǎn)換的設(shè)備，這種設(shè)備包括一個(gè)反應(yīng)器，其中發(fā)生一種微波放電，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程；和一個(gè)催化塊，在試劑供給管線中放置在反應(yīng)器之后，加速過程的反應(yīng)-美國專利USNo.5015 349，C109 15/00，出版于89年12月21日。
在這種方案中，放電的作用限于向系統(tǒng)提供等離子體成分的一種特征能量形式的一定附加能量，這激勵(lì)在化學(xué)反應(yīng)器或直接在傳統(tǒng)催化劑中的化學(xué)過程。
2.-已知對(duì)于通過微波脈沖放電的以前加熱試劑(包括烴)，用來處理化學(xué)等離子體的方法和設(shè)備。該設(shè)備包含用于試劑的前燃燒室，試劑部分到達(dá)在其進(jìn)口處；試劑混合室；脈沖微波發(fā)生器，具有某些輻射時(shí)間特性；及放電室，其本身代表具有一定波長的短路波導(dǎo)管，在其內(nèi)脈沖微波放電作用在試劑上-專利WO 9828223，CO1B3/34，出版于98年2月7日。
已知的設(shè)備具有用于等離子過程的不足能量效率。該設(shè)備是一種化學(xué)等離子體反應(yīng)器，在其構(gòu)造中，具有給定時(shí)間參數(shù)(2-4微秒的脈沖長度和在10量級(jí)上的放電通道效率)以相當(dāng)高的溫度形成放電火花。放電功率對(duì)于前加熱功率的定量很高。放電室是一個(gè)帶有一個(gè)短路系統(tǒng)的波導(dǎo)管，其中大參數(shù)的電場(chǎng)調(diào)節(jié)較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)參數(shù)在于通過使用本發(fā)明的設(shè)備用來在空氣或氧氣和在某些情況下水存在的情況下用來把諸如發(fā)動(dòng)機(jī)燃料之類的液烴轉(zhuǎn)換成一種合成氣體(蒸氣-空氣或空氣轉(zhuǎn)換)的過程的加速度、和該過程的一個(gè)增大能量效率，其中等離子體形成-通過脈沖周期性的、半連續(xù)的、偽電暈(光柱(streamer))微波放電-起用作用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的等離子體催化轉(zhuǎn)換過程的催化劑的作用。
本發(fā)明的技術(shù)結(jié)果出現(xiàn)，因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)燃料(EF)的等離子體催化轉(zhuǎn)換過程中，對(duì)于是EF成分的部分的蒸氣-烴-空氣，轉(zhuǎn)換反應(yīng)發(fā)生。預(yù)熱空氣，在燃燒室中點(diǎn)燃EF的部分，及把剩余部分與燃燒產(chǎn)物和蒸氣、或者只與燃燒產(chǎn)物混合，把這些試劑送到等離子體催化反應(yīng)器，其中它們接收脈沖微波放電，以一定時(shí)間和能量參數(shù)啟動(dòng)偽電暈光柱脈沖放電微波，從而等離子體的形成起一種催化劑的作用，加速EF轉(zhuǎn)換過程。使用偽電暈光柱脈沖放電微波的等離子體催化轉(zhuǎn)換過程在大氣壓力下發(fā)生。安裝在等離子體催化反應(yīng)器中的是亞分裂強(qiáng)度級(jí)的脈沖微波電場(chǎng)，使光柱型偽電暈微波放電在電暈元件的末端處開始。在所述末端處和在光柱頭部處，微波電場(chǎng)的強(qiáng)度高于10Kv/cm，形成在小于1微秒內(nèi)傳播遠(yuǎn)到反應(yīng)器壁的微波光柱，同時(shí)在空間中分支并且填充等離子體催化反應(yīng)器部分。微波輻射脈沖序列在具有如下參數(shù)的超高頻輻射(SHF)的一厘米或分米帶(X、S帶)中0.1-1微秒的脈沖持續(xù)時(shí)間；100-1000的放電通道效率；確定脈沖功率級(jí)，從而它與在等離子體催化反應(yīng)器中和在微波光柱的頭部處的微波電場(chǎng)的強(qiáng)度，高于100kv/cm，相對(duì)應(yīng)，并且試劑之和的消耗Q和微波功率的平均值W，在包圍用于等離子體能量組成比(specificplasma energy contribution)，W/Q，等效于0.05-0.2kW小時(shí)/nm3，的值的帶的情況下選擇，并且用于等離子體能量組成的值在用于過程的工作溫度下不大于試劑能量成分的5-10％。對(duì)于EF的蒸氣-空氣等離子體催化轉(zhuǎn)換，在等離子體催化反應(yīng)器的進(jìn)口處的試劑溫度在范圍800-1500k內(nèi)。
在燃燒室中點(diǎn)燃的EF和未點(diǎn)燃燃料的比值在從0.5至2的范圍內(nèi)。
在等離子體催化反應(yīng)器的進(jìn)口處H2O(空氣和H2O)、EF的摩爾比率(分子/克)分別位于范圍0.06-2.5和1-6內(nèi)。對(duì)于在EF的空氣中的等離子體催化轉(zhuǎn)換，在等離子體催化反應(yīng)器進(jìn)口處的試劑溫度在范圍600-1100k內(nèi)。點(diǎn)燃與未點(diǎn)燃EF的比值在0.4與2之間。在等離子體催化反應(yīng)器的進(jìn)口處的摩爾比率空氣/EF是16-20。EF到合成氣體的等離子體催化轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)空氣加熱器、一個(gè)燃燒室、及連接到脈沖(或半連續(xù)的)微波輻射源上的一個(gè)等離子體發(fā)生器。
等離子體發(fā)生器設(shè)計(jì)為一種包括一個(gè)圓柱形微波發(fā)生器的等離子體催化化學(xué)反應(yīng)器，該圓柱形微波發(fā)生器具有以持續(xù)時(shí)間0.1-1微秒的脈沖和100-10的放電通道效率工作在大氣壓力下具有在厘米或分米波長帶(帶X、S)中的微波的脈沖周期性(或半連續(xù)的)偽電暈光柱放電的波型H11。
燃燒室沿氣體流動(dòng)管線放置在空氣加熱器與等離子體催化化學(xué)反應(yīng)器-諧振器之間，并且由用于點(diǎn)燃EF和剩余物的獨(dú)立引入的兩個(gè)分離噴嘴供料，在燃燒室的各種區(qū)域中與蒸氣形成一種混合物。
用來把微波輻射從發(fā)生器引入到微波諧振器的系統(tǒng)是穿過諧振器的側(cè)壁的一個(gè)矩形波導(dǎo)管。用于從發(fā)生器到微波諧振器的微波輻射的進(jìn)口系統(tǒng)是沿諧振器的軸線的一個(gè)矩形波導(dǎo)管。定位在波導(dǎo)管與圓柱形諧振器之間的是在諧振器中的H11波型激勵(lì)系統(tǒng)，帶有諧振器到波導(dǎo)管的連通元件。
用來引入試劑的噴嘴又是微波諧振器的端反射器之一，并且用于過程產(chǎn)物的出口系統(tǒng)又是第二端反射器。試劑進(jìn)口噴嘴或用于過程產(chǎn)物的出口系統(tǒng)又是微波諧振器的端反射器之一，并且在圓柱形諧振器的H11波型激勵(lì)節(jié)點(diǎn)是第二端反射器。
把波導(dǎo)管的縱向軸線放置在具有H11波型的圓柱形波導(dǎo)管中離端反射器之一幾個(gè)半波長的距離處?？紤]到在H11波型的諧振器中的激勵(lì)計(jì)算諧振器直徑，并且諧振器長度在具有H11波型的圓柱形波導(dǎo)管中是整數(shù)個(gè)半波長。諧振器與波導(dǎo)管經(jīng)連通元件的連通系數(shù)，在它對(duì)于等離子體催化反應(yīng)器-諧振器的給定直徑保證微波電場(chǎng)的亞分裂強(qiáng)度的條件下確定。啟動(dòng)等離子體催化放電的尖銳金屬桿組安裝在微波諧振器中電場(chǎng)最大強(qiáng)度的區(qū)域中。在每根桿的末端處和在微波光柱的頭部處得到大于100kv/cm的微波電場(chǎng)強(qiáng)度的條件下，選擇在圓柱形諧振器的半徑中每根桿的末端的位置。燃燒室具有沿氣體流動(dòng)管線放置和用一個(gè)回收熱敏開關(guān)獨(dú)立連接到進(jìn)口噴嘴上的兩個(gè)同心超聲波噴嘴的形式。


通過附圖解釋本發(fā)明，其中圖1表示EF到合成氣體的等離子體催化轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，圖2描述用于在蒸氣-空氣轉(zhuǎn)換狀況下操作的等離子體催化轉(zhuǎn)換器的執(zhí)行方案，圖3表示用于在空氣轉(zhuǎn)換狀況下操作的等離子體催化轉(zhuǎn)換器的執(zhí)行方案，圖4描述在微波諧振器中尖銳金屬桿的位置，及圖5表示等離子體偽電暈光柱脈沖放電微波的特性結(jié)構(gòu)。
等離子體轉(zhuǎn)換器(見圖1)包括燃燒室(1)，燃燒室(1)經(jīng)用于進(jìn)入反應(yīng)器的試劑進(jìn)口的噴嘴(2)與等離子體催化反應(yīng)器連接，等離子體催化反應(yīng)器以具有超高頻的一個(gè)圓柱形諧振器(3)制成，圓柱形諧振器(3)在試劑進(jìn)口側(cè)借助于噴嘴(2)而在相對(duì)側(cè)借助于用于過程產(chǎn)物的出口系統(tǒng)(4)限制，出口系統(tǒng)(4)處于帶有孔口的一個(gè)端蓋的形式(見圖1)，或者處于沿氣體的運(yùn)動(dòng)變窄的一個(gè)噴嘴的形式，該等離子體轉(zhuǎn)換器帶有超高頻功率輸入系統(tǒng)(5)和用于帶有連通元件(6)的圓柱形諧振器(3)的激勵(lì)系統(tǒng)。
放電通過引入在一個(gè)波導(dǎo)管中、帶有由具有高熔點(diǎn)的金屬制成的尖銳桿(7)的電暈元件系統(tǒng)開始，在尖銳桿(7)附近形成光柱偽電暈微波放電，形成等離子體催化反應(yīng)器的活性區(qū)(8)。
燃燒室裝有沿試劑流動(dòng)依次放置的端噴嘴(9)和兩個(gè)橫向噴嘴(10)和(11)。燃燒室(1)以沿氣體流動(dòng)管線依次安裝的兩個(gè)同心超聲波噴嘴系統(tǒng)的形式制成，并且與用于試劑進(jìn)口的噴嘴(10)和(11)分離地連接。
帶有連通孔口(6)的超高頻進(jìn)口節(jié)點(diǎn)(5)連接到超高頻發(fā)生器(12)上(見圖2和3)，并且燃燒室(1)的端噴嘴(9)連接到加熱器(14)的出口噴嘴(13)上。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的本質(zhì)在于電氣放電區(qū)域與化學(xué)催化過程區(qū)域的相容性，導(dǎo)致起一種催化劑的等離子體的形成，同時(shí)能夠形成具有上述特定時(shí)間和電動(dòng)力學(xué)特性的一種特殊類型的微波放電。
用來把EF轉(zhuǎn)換成合成氣體的等離子體催化過程在大氣壓力下在微波的偽電暈光柱脈沖周期性(或半連續(xù)的)放電中發(fā)生。
用來得到放電的必需條件是激勵(lì)放電的短超高頻脈沖持續(xù)時(shí)間(0.1-1微秒)、放電通道的高效率(100-1000)、在微波諧振器中的亞分裂調(diào)節(jié)電場(chǎng)、在電暈元件的末端處和在分支微波光柱之間的空間中傳播的頭部處高于100kv/cm的一個(gè)電場(chǎng)。參數(shù)的這種組合能夠?qū)崿F(xiàn)上述的放電過程，如由借助于用來實(shí)現(xiàn)液體燃料到合成氣體的轉(zhuǎn)換過程的等離子體催化性能的這樣一種構(gòu)造進(jìn)行的試驗(yàn)表明的那樣。
在大氣壓力下的脈沖周期性偽電暈光柱微波放電的特征在于一個(gè)低試劑溫度、在光柱頭部處的一個(gè)高電場(chǎng)、及結(jié)果是等離子體電子的一個(gè)高平均能量、一個(gè)高不平衡重量、在等離子體中的活性粒子，負(fù)離子、clasterel原子團(tuán)，的高濃度及結(jié)果是在等離子體中化學(xué)活性粒子產(chǎn)生的高能量效率；電能的高效使用。在這樣一種放電中和在選擇的狀況(脈沖長度、排出重量的效率、諧振器經(jīng)連通孔口與波導(dǎo)管的連通系數(shù)、在諧振器中亞分裂電場(chǎng)的數(shù)值、在電暈元件末端處和在光柱頭部處電場(chǎng)的足夠大值、能量組成比、在反應(yīng)器進(jìn)口處的溫度)下，過程的等離子體催化機(jī)理在非常低的溫度下發(fā)生。
EF到合成氣體的轉(zhuǎn)換過程發(fā)生在等離子體催化反應(yīng)器(3)中(圖1)，等離子體催化反應(yīng)器(3)包括帶有連通元件的微波諧振器，并且其中在加熱器(14)(圖2、3)中預(yù)熱的試劑在等離子體催化反應(yīng)器的活性區(qū)域(8)中通過脈沖周期性偽電暈光柱微波放電經(jīng)受處理。
選擇諧振器經(jīng)連通孔口(6)與波導(dǎo)管的連通系數(shù)，以提供在諧振器(對(duì)于諧振器的給定直徑D)中的一個(gè)亞分裂場(chǎng)和輻射脈沖的功率。
偽電暈光柱微波放電由電暈元件(圖1)-尖銳金屬桿啟動(dòng)。桿末端增大在其周圍的微波電場(chǎng)的數(shù)值，并因而產(chǎn)生偽電暈放電階段。桿與在波導(dǎo)管中的場(chǎng)力線對(duì)準(zhǔn)(圖4)。
在如下條件下選擇每根桿(7)的末端的位置(圖4)a)在桿末端處得到一個(gè)足夠高的電場(chǎng)(高得足以允許分支微波光柱傳播得快得足以在脈沖時(shí)間內(nèi)到達(dá)諧振器壁)；和b)沿電暈元件組沿等離子體催化反應(yīng)器的軸線創(chuàng)建用來啟動(dòng)放電的各向同性條件。
偽電暈放電階段的光柱把微波場(chǎng)轉(zhuǎn)換成一個(gè)等離子體通道系統(tǒng)，并且以光柱的形式傳播(圖5)，分支和填充反應(yīng)器的橫截面，并且形成脈沖微波放電(8)(圖1)。偽電暈放電階段的功能在于產(chǎn)生在大氣壓力下具有高平均能量電子的等離子體。微波光柱階段的功能在于創(chuàng)建貫穿用于試劑的等離子體催化處理的空間延伸的等離子體形成。
圖5表示在其下發(fā)生流體EF到合成氣體的等離子體催化轉(zhuǎn)換過程的光柱微波放電的外部特性。以這種方式，得到在微波光柱傳播頭部處具有足夠高微波場(chǎng)強(qiáng)度(高于100kv/cm)的一種分支放電結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)與微波光柱頭部的高傳播速度一起，保證在微波輻射的脈沖時(shí)間內(nèi)液烴燃料的等離子體身體轉(zhuǎn)換過程中初始試劑的均勻轉(zhuǎn)換。
按如下得到例如在運(yùn)輸設(shè)備中把合成氣體用作用于內(nèi)燃機(jī)的一種燃料的EF到合成氣體的等離子體轉(zhuǎn)換模式、和用來實(shí)現(xiàn)它的設(shè)備把預(yù)熱空氣從加熱器(14)送到燃燒室(1)。把EF的點(diǎn)燃部分送到噴嘴(10)而把EF的其余部分送到噴嘴(11)(圖3)，以進(jìn)行蒸氣-空氣轉(zhuǎn)換過程(圖3)。把剩余EF與蒸氣混合。
在燃燒室(1)的構(gòu)造中，把噴嘴(10)和(11)連接到兩個(gè)同心超聲波噴嘴系統(tǒng)上。在設(shè)備中使用這些噴嘴在10-3-10-5秒的量級(jí)中把試劑混合物帶到分子級(jí)。在兩個(gè)噴嘴系統(tǒng)之間的空間中，燃料的一部分由在空氣中的氧氣氧化，并且在這種氧化過程中釋放的能量進(jìn)一步加熱試劑。加熱和混合的試劑進(jìn)入等離子體催化反應(yīng)器(3)的進(jìn)口噴嘴(2)。
發(fā)生器的微波能量(穿過進(jìn)口系統(tǒng)(5)和連通元件(6)的12)在超高頻下引入在諧振器中，該諧振器又是等離子體催化反應(yīng)器的部分，其中沿諧振器的軸線激勵(lì)和傳播H11波型。在反應(yīng)器中用于試劑進(jìn)口的噴嘴(2)包括向燃燒室變窄的一根管，具有這樣選擇的直徑d，從而它是在諧振器中的激勵(lì)波(H11波型)的外極限，就是說，微波輻射在其處反射。過程的產(chǎn)物穿過出口系統(tǒng)(4)離開反應(yīng)器，出口系統(tǒng)(4)處于帶有孔口的端蓋或沿氣體的運(yùn)動(dòng)變窄的一個(gè)噴嘴的形式。除過程產(chǎn)物的出口之外，蓋或噴嘴的功能在于把微波輻射反射回諧振器。在兩種情況下，反應(yīng)器都是用于微波輻射的一個(gè)諧振器。選擇諧振器的長度(在圖1中的L)，從而它是在波導(dǎo)管中的半波長的整數(shù)倍n。在縱向(在圖1中的L2)，桿在沒有放電的諧振器中布置在駐波的最大處。
微波輻射源在脈沖周期性(或半連續(xù)的)狀況下操作。由建立在特定條件下的兩個(gè)放電階段(偽電暈和光柱)需要的時(shí)間，確定輻射脈沖持續(xù)時(shí)間t1。從如下值的最優(yōu)組合選擇輻射脈沖重復(fù)周期t2a)在超高頻輻射脈沖停止之后在無源放電階段中由等離子體產(chǎn)生的活性粒子的壽命；b)當(dāng)試劑穿過放電區(qū)域時(shí)試劑的線速度；及c)供給到放電的功率Jpoasma＝W/l其中Jpoasma是等離子體功率組成，W＝Wpulse*t1/t2＝微波輻射的平均功率，Wpulse＝脈沖功率；l＝試劑的體積消耗。
微波輻射脈沖功率Wpulse確定供給的等離子體能量Jpoasma。供給的等離子體能量與供給的加熱能量的比值較小-JpoasmaJheat在5-10％的量級(jí)上。另外，脈沖功率取決于在沒有等離子體的圓波導(dǎo)管中的電場(chǎng)的數(shù)值，它必須具有一個(gè)預(yù)定值并且同時(shí)高得足以在電暈元件處啟動(dòng)偽電暈放電階段。
EF到合成氣體的等離子體催化轉(zhuǎn)換能在用于EF到合成氣體的轉(zhuǎn)換的蒸氣-空氣轉(zhuǎn)換或空氣過程中操作。
對(duì)于燃料(x)和氧氣(y)的給定量EF到合成氣體的蒸氣-空氣轉(zhuǎn)換狀況(圖2)
把空氣送到加熱器(14)，把發(fā)動(dòng)機(jī)燃料以0.5到2的比率送到燃燒室的橫向噴嘴(10)和(11)。把與EF的剩余部分混合的蒸氣送到噴嘴(11)的進(jìn)口。EF和水能送到燃燒室作為水蒸氣或作為液體。在加熱器出口處的溫度是500-600K，在反應(yīng)器進(jìn)口處在混合蒸氣-空氣混合物和燃料之后，溫度是800-1500K。在反應(yīng)結(jié)束處的溫度是500-800K。蒸氣/空氣和蒸氣/燃料的摩爾比率分別在0.06-2.5和1-6之間變化。
試劑到合成氣體的轉(zhuǎn)化規(guī)?！禷》取決于到系統(tǒng)的能量組成Jsum，以及取決于與燃料量有關(guān)的空氣的摩爾部分“g”。過程的主要定量性質(zhì)表示在如下表中

EF到合成氣體的空氣轉(zhuǎn)換(圖2)
把空氣送到加熱器，而把EF按0.5到2的比率送到燃燒室的進(jìn)口(10)和(11)。把EF能送到燃燒室作為一種水蒸氣或一種液體。在反應(yīng)器進(jìn)口處空氣/發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的摩爾比率是16-20。在加熱器出口處實(shí)現(xiàn)EF轉(zhuǎn)換過程需要的空氣溫度是700-1,200K，而在把空氣與燃料混合之后在反應(yīng)器進(jìn)口處的溫度是600-1,100K。為了保證過程的工作溫度，能量組成必須在500-1,000KJ/kg之間(沒有熱量回收)。試劑轉(zhuǎn)化規(guī)模達(dá)到100％。在反應(yīng)器出口處合成氣體的溫度在1,300-1,900K之間。
權(quán)利要求
1.用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃料(MF)到合成氣體的轉(zhuǎn)換的方法，其中使用微波脈沖放電，組成發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的成分的烴的蒸氣-空氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)發(fā)生；其中預(yù)熱空氣，在燃燒室中燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的一部分，并且把其余部分與燃料產(chǎn)物和水蒸氣混合，或者只與燃燒產(chǎn)物混合；其特征在于，把試劑送到等離子體催化反應(yīng)器，其中以給定的時(shí)間和能量參數(shù)開始光柱偽電暈微波周期性脈沖放電，其中等離子體形成起加速發(fā)動(dòng)機(jī)燃料轉(zhuǎn)換過程的一種催化劑的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過在大氣壓力下的脈沖周期性偽電暈光柱微波放電(或半連續(xù)放電)實(shí)現(xiàn)等離子體催化轉(zhuǎn)換過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在等離子體催化反應(yīng)器中，獲得脈沖微波電場(chǎng)的亞分裂強(qiáng)度，使光柱偽電暈微波放電在電暈元件的末端處開始，并且因?yàn)槿缟?，在這些末端處和在微波光柱的頭部處，由微波光柱形成建立微波電場(chǎng)強(qiáng)度大于100kv/cm的微波，微波光柱在小于1微秒內(nèi)傳播到反應(yīng)器壁，同時(shí)在空間中分支并且填充等離子體催化化學(xué)反應(yīng)器橫截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的方法，其特征在于，微波輻射脈沖序列在具有如下參數(shù)的超高頻的一厘米或分米帶(X、S帶)中0.1-1微秒的脈沖持續(xù)時(shí)間；100-1000的放電通道效率；由在等離子體催化反應(yīng)器處和在微波光柱的頭部處的微波電場(chǎng)的強(qiáng)度高于100kv/cm的條件確定脈沖功率值，并且在這樣的條件下建立試劑之和的消耗Q和微波功率的平均值W它們與0.05-0.2kvt小時(shí)/nm3的等離子體能量組成比Q/W的值的范圍相對(duì)應(yīng)，使等離子體能量組成在用于過程的工作溫度下不超過試劑能量成分的5-10％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的方法，其特征在于，為了實(shí)現(xiàn)蒸氣-空氣-EF等離子體催化轉(zhuǎn)換，在等離子體催化反應(yīng)器進(jìn)口處試劑的溫度在800-1500k內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的方法，其特征在于，在燃燒室中點(diǎn)燃的EF和未點(diǎn)燃EF的比值在從0.5至2的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的方法，其特征在于，在等離子體催化反應(yīng)器的進(jìn)口處摩爾比率H2O/空氣、H2O/EF分別在0.06-2.5和1-6內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的方法，其特征在于，為了實(shí)現(xiàn)空氣EF等離子體催化轉(zhuǎn)換過程，在等離子體催化反應(yīng)器進(jìn)口處的試劑溫度在600-1100k內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4、8所述的方法，其特征在于，點(diǎn)燃EF與未點(diǎn)燃EF的比值在0.5到2的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4、8、9所述的方法，其特征在于，在等離子體催化反應(yīng)器的進(jìn)口處空氣與EF的摩爾比率在16-20內(nèi)。
11.EF到合成氣體的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè)空氣加熱器、一個(gè)燃燒室、及連接到微波輻射源上的一個(gè)等離子體發(fā)生器，其特征在于，等離子體發(fā)生器具有包含用于H11的一個(gè)圓柱形微波諧振器的等離子體催化化學(xué)反應(yīng)器的形式，脈沖周期性偽電暈光柱放電在大氣壓力下在厘米或分米波長(X、S帶)中，脈沖持續(xù)時(shí)間為0.1-1微秒，及放電通道效率為100-10，并且燃燒室沿氣體流動(dòng)管線安裝在空氣加熱器與等離子體催化反應(yīng)器-諧振器之間，并且等離子體發(fā)生器在燃燒室的不同區(qū)域處裝有兩個(gè)分離噴嘴，用于在具有蒸氣的混合物中EF的點(diǎn)燃部分和未點(diǎn)燃部分的獨(dú)立進(jìn)口。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，用來把微波輻射從發(fā)生器引入到微波諧振器的系統(tǒng)是穿過諧振器的側(cè)壁的一個(gè)矩形波導(dǎo)管的形式。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，用來把微波輻射從發(fā)生器引入到微波諧振器的系統(tǒng)是沿諧振器的軸線的一個(gè)矩形波導(dǎo)管的形式。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，借助于諧振器到波導(dǎo)管的連通元件在矩形波導(dǎo)管與圓柱形諧振器之間放置諧振器中用于H11波型的激勵(lì)系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11、12所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，試劑進(jìn)口噴嘴又是微波諧振器的端反射器之一，并且用于過程產(chǎn)物的出口系統(tǒng)是第二端反射器。
16.根據(jù)權(quán)利要求11、13所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，試劑進(jìn)口噴嘴或用于過程產(chǎn)物的出口系統(tǒng)也是微波諧振器的端反射器之一，并且第二端反射器是在圓柱形中的H11波型的激勵(lì)系統(tǒng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11、12所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，矩形波導(dǎo)管的縱向軸線在一個(gè)距離L1處，該距離是在圓柱形諧振器中輻射的幾個(gè)半波長，并且借助于激勵(lì)H11波型的條件選擇，而諧振器長度L是在具有H11波型的圓柱形波導(dǎo)管中的輻射半波長的整數(shù)倍。
18.根據(jù)權(quán)利要求11、14所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，確定諧振器經(jīng)連通元件到波導(dǎo)管的連通系數(shù)，條件是對(duì)于等離子體催化反應(yīng)器-諧振器的給定直徑保證微波電場(chǎng)強(qiáng)度的亞分裂級(jí)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11、18所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，形成啟動(dòng)放電的電暈元件的尖銳金屬桿組安裝在微波諧振器中最大電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域L2中。
20.根據(jù)權(quán)利要求11、19所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，選擇在圓柱形諧振器的半徑中每根桿的末端的位置(14)，條件是在每根桿的末端處和在微波光柱的頭部處得到大于100kv/cm的微波電場(chǎng)強(qiáng)度。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，燃燒室以沿氣體流動(dòng)管線依次安裝和獨(dú)立連接到試劑進(jìn)口噴嘴上的兩個(gè)同心超聲波噴嘴系統(tǒng)的形式制成。
22.根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子體催化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，加熱器是恢復(fù)熱敏開關(guān)的形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及用來通過采用脈沖周期性偽電暈光柱微波放電(或半連續(xù)的微波放電)在空氣，和在某些情況下水，存在的情況下把諸如發(fā)動(dòng)機(jī)燃料之類的液烴，離子體催化轉(zhuǎn)換成一種合成氣體的方法和設(shè)備。用于EF到合成氣體的等離子體催化轉(zhuǎn)換的方法能包括蒸氣－空氣－燃料和空氣－燃料到合成氣體的轉(zhuǎn)換過程。該設(shè)備包括依次連接的加熱器(14)、燃燒室(1)、微波等離子體催化反應(yīng)器－諧振器(3)(圖1)及超高頻發(fā)生器(12)。反應(yīng)器使用超高頻的脈沖周期性偽電暈光柱放電，這保證用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃料轉(zhuǎn)換的等離子體催化過程在低溫下；通過試劑的預(yù)加熱得到需要的大部分熱力能量，使在反應(yīng)器的合成氣體出口處回收部分熱量。
文檔編號(hào)F02M27/04GK1516994SQ01823350
公開日2004年7月28日 申請(qǐng)日期2001年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月27日
發(fā)明者里卡多·布拉奇維佐索, 里卡多 布拉奇維佐索, -瓦塞里維奇 波塔普金, 鮑里斯－瓦塞里維奇·波塔普金, -康斯坦丁諾維 日沃托夫, 維克托－康斯坦丁諾維·日沃托夫, 弗拉迪米爾－迪米特里耶維奇·魯薩諾夫, 米爾-迪米特里耶維奇 魯薩諾夫, 亞歷山大－伊萬諾維奇·巴巴里斯特基, 大-伊萬諾維奇 巴巴里斯特基, -亞力山大諾維奇 德明斯基, 馬西姆－亞力山大諾維奇·德明斯基, 爾-費(fèi)多羅維奇 克羅托夫, 米哈伊爾－費(fèi)多羅維奇·克羅托夫, 弗拉迪米爾·N·法特伊夫, 米爾 N 法特伊夫 申請(qǐng)人:戴維系統(tǒng)技術(shù)公司