Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции и способ разложения сероводорода
APPARATUS FOR EXECUTING LOW-TEMPERATURE PLASMA REACTION AND METHOD FOR DECOMPOSING HYDROGEN SULPHIDE

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Изобретение относится к области химии плазмы, в частности, к устройству для осуществления низкотемпературной плазменной реакции и к способу разложения сероводорода.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
2
[0002] Сероводород (HS) представляет собой высокотоксичный кислый газ с неприятным запахом, который может не только вызывать коррозию таких материалов, как металл, но также наносить вред здоровью человека и загрязнять окружающую среду. В настоящее время крупные и средние нефтеперерабатывающие заводы Китая для обработки остаточного газа, содержащего HS, и извлечения серы применяют традиционный способ Клауса. В этом процессе сера просто извлекается из сероводорода, но ценный водород превращается в воду. С точки зрения всестороннего использования ресурсов водородный ресурс в традиционном процессе извлечения сероводорода эффективно не используется.
[0003] Следовательно, разложение сероводорода на серу и водород постепенно становится ключевой технической областью, привлекающей внимание научных исследователей в стране и за рубежом.
[0004] Текущий процесс разложения сероводорода в основном включает следующие способы: способ высокотемпературного пиролиза, электрохимический способ, фотокаталитический способ, способ низкотемпературной плазмы и т.п. Среди вышеупомянутых способов способ высокотемпературного пиролиза является сравнительно совершенным с точки зрения промышленной технологии, но термическое разложение сероводорода сильно зависит от температуры реакции и ограничено термодинамическим равновесием, причем, даже если температура реакции превышает 1000°С, превращение сероводорода составляет всего 20%. Кроме того, высокие температуры предъявляют высокие требования к материалам реактора, что также увеличивает эксплуатационные расходы. Кроме того, из-за низкого превращения сероводорода в процессе пиролиза большое количество газообразного сероводорода необходимо отделить от остаточного газа и рециркулировать в системе, снижая, тем самым, эффективность устройства и увеличивая потребление энергии, причем каждый из этих факторов вносит трудности в широкомасштабное промышленное применение устройства. Хотя для эффективного разделения продуктов можно использовать мембранную технологию, тем самым нарушая предел равновесия и улучшая превращение сероводорода, температура термического разложения часто превышает предельную температуру термостойкости мембраны, так что структура материала мембраны повреждается. Электрохимический способ имеет недостатки, такие как многостадийность, серьезная коррозия оборудования, низкая устойчивость реакции и низкая эффективность. Фотокаталитический способ при разложении сероводорода в основном относится к исследованиям фотокаталитического разложения воды, причем исследования сосредоточены на аспектах разработки высокоэффективных полупроводниковых фото катализаторов и т.п. Способ разложения сероводорода с использованием солнечной энергии имеет такие преимущества, как низкое потребление энергии, мягкие условия реакции и простой рабочий процесс, т.е. это относительно экономичный способ. Однако у этого способа также есть проблемы, такие как небольшое количество вещества, которое может быть обработано, низкая каталитическая эффективность и легкая дезактивация катализатора.
[0005] По сравнению с другими способами разложения, способ низкотемпературной плазмы имеет преимущества, заключающиеся в простоте эксплуатации, небольшом объеме устройства и высокой энергоэффективности, при этом реакция, используемая в способе, имеет высокую управляемость и может гибко применяться в условиях, когда объем обрабатываемого материала невелик и централизованная обработка затруднена. Кроме того, благодаря тому, что способ низкотемпературной плазмы имеет характеристики высокой плотности энергии и уменьшенного времени реакции, сероводород может эффективно разлагаться при относительно более низкой температуре, поэтому способ подходит для случаев разного масштаба, распределенной конструкции и изменяющихся производственных условий. Кроме того, ресурс водорода восстанавливается способом низкотемпературной плазмы во время извлечения серы, так что может быть реализовано использование ресурса сероводорода.
[0006] В настоящее время исследователи в стране и за рубежом провели всесторонние исследования технологии разложения сероводорода низкотемпературной плазмой, и используемые режимы разряда в основном включают тлеющий разряд, коронный разряд, скользящий дуговой разряд, микроволновую плазму, радиочастотную плазму, диэлектрический барьерный разряд и пр.
[0007] В патентном документе CN102408095A использовался диэлектрический барьерный разряд и фотокатализатор для синергетического разложения сероводорода, причем этот способ относится к упаковке твердого катализатора, обладающего фотокаталитической активностью в области плазмы. Однако этот способ имеет тот недостаток, что сера, образующаяся при разложении сероводорода, будет откладываться ниже слоя катализатора.
[0008] В патентном документе CN103204466A раскрывается устройство и способ для контролируемого температурой разложения сероводорода, причем устройство характеризуется тем, что центральный электрод выполнен из металла, заземляющий электрод выполнен из циркулирующей жидкости с регулируемой температурой, а процесс разложения сероводорода может осуществляться непрерывно и стабильно путем управления температурой жидкого заземляющего электрода. В CN103204467A также раскрываются устройство и способ получения водорода путем непрерывного и стабильного разложения сероводорода, при этом предшествующий уровень техники характеризуется тем, что центральный электрод выполнен из металла, а заземляющий электрод выполнен из циркулирующей жидкости с регулируемой температурой, при этом управление температурой выполняют с помощью жидкого заземляющего электрода, направление подачи подаваемого газа является окружным направлением для впуска газа, при этом подаваемый газ проходит через область разряда по спирали вдоль осевого направления в обратном направлении, так что произведенная сера своевременно отделяется центробежным способом. Однако, чтобы гарантировать, что сероводород разложен в максимально возможной степени в способах, раскрытых в патентных документах CN103204466A и CN103204467A, необходимо управлять скоростью потока сероводорода так, чтобы время его пребывания во внутреннем цилиндре реактора было больше, при этом размер внутреннего цилиндра регулируют таким образом, чтобы на единицу объема газа во внутреннем цилиндре производилось больше электроэнергии; кроме того, учитывая, что существующий уровень техники не может обеспечить более мощный источник энергии, способы, раскрытые в патентных документах CN103204466A и CN103204467A, могут обеспечить только максимальное превращение сероводорода, достигающее примерно 20%, даже если временем пребывания сероводорода управляют так, чтобы оно было больше, а размером внутреннего цилиндра управляют таким образом, чтобы на единицу объема газа во внутреннем цилиндре было получено больше электроэнергии. Кроме того, когда максимальное превращение сероводорода достигает приблизительно 20%, потребление энергии реакцией разложения сероводорода довольно велико, поэтому эти способы не подходят для крупномасштабного промышленного применения. Кроме того, способы, раскрытые в патентных документах CN103204466A и CN103204467A, имеют недостаток, состоящий в том, что имеется лишь немного типов доступных жидких заземляющих электродов, а описанные солевые растворы и т.п. могут поддерживать температуру реактора только на уровне менее 100°С. При температурах ниже 100°С элементарная сера обычно находится в твердом состоянии и склонна блокировать устройство для осуществления реакции.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] Изобретение направлено на преодоление недостатков низкого превращения сероводорода и высокого потребления энергии при разложении, когда устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, предусмотренное предшествующим уровнем техники, используется для разложения сероводорода, и обеспечивает новое устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, способное увеличить превращение сероводорода и снизить потребление энергии при разложении, и способ разложения сероводорода с применением устройства для осуществления реакции.
[0010] Различия между «боковой стенкой», «наружной боковой стенкой» и «внутренней боковой стенкой» заключаются в следующем: «наружная боковая стенка» и «внутренняя боковая стенка» относятся к наружной поверхности и внутренней поверхности «боковой стенки», соответственно, термин «боковая стенка» относится к «наружной боковой стенке» и/или к «внутренней боковой стенке».
[0011] Для достижения вышеуказанных целей первый аспект настоящего изобретения обеспечивает устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, содержащее:
первую полость, имеющую, соответственно, первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие;
вторую полость, расположенную снаружи вокруг первой полости или внутри нее, причем второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие расположены, соответственно, во второй полости;
внутренний электрод, причем по меньшей мере часть внутреннего электрода проходит в первую полость;
наружный электрод, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки первой полости или расположенный на боковой стенке первой полости, окружая ее; и
барьерный диэлектрик, расположенный между внутренним электродом и наружным электродом, так что область разряда между внутренним электродом и наружным электродом разделена барьерным диэлектриком;
при этом как внутренний электрод, так и наружный электрод являются твердыми электродами, а формы внутреннего электрода и наружного электрода согласованы друг с другом с образованием изодиаметрической конструкции;
1
1
2
1
1
2
1
если расстояние между наружной боковой стенкой внутреннего электрода и внутренней боковой стенкой наружного электрода обозначено как L, толщина барьерного диэлектрика обозначена как D, L=L-D, a пропорциональное соотношение между L и D равно (0,1-100):1.
[0012] Термин «изодиаметрическая конструкция» означает, что когда наружная боковая стенка внутреннего электрода гладкая, конструкция имеет минимальное расстояние между любой точкой наружной боковой стенки внутреннего электрода и внутренней боковой стенкой наружного электрода, равное минимальному расстоянию между остальными точками наружной боковой стенки внутреннего электрода и внутренней боковой стенки наружного электрода; причем, когда в конструкции наружная боковая стенка внутреннего электрода не является гладкой, минимальное расстояние между вершиной любой выпуклой части на наружной боковой стенке внутреннего электрода и внутренней боковой стенкой наружного электрода равно минимальному расстоянию между вершинами других выпуклых частей на наружной боковой стенке внутреннего электрода и внутренней боковой стенкой наружного электрода; аналогично, когда в конструкции внутренняя боковая стенка наружного электрода не является гладкой, минимальное расстояние между вершиной любой выпуклой части на внутренней боковой стенке наружного электрода и наружной боковой стенкой внутреннего электрода равно минимальному расстоянию между вершинами других выпуклых частей на внутренней боковой стенке наружного электрода и наружной боковой стенкой внутреннего электрода.
2
1
[0013] Предпочтительно, пропорциональное соотношение между L и D составляет (0,1-30):1; более предпочтительно (0,2-15):1.
[0014] Предпочтительно, вторая полость расположена снаружи вокруг первой полости, а устройство для осуществления реакции дополнительно содержит: третью полость, расположенную внутри первой полости, при этом внутренний электрод формирует по меньшей мере часть боковой стенки третьей полости или расположен на боковой стенке третьей полости, окружая ее; более предпочтительно, внутренний электрод формирует по меньшей мере часть боковой стенки третьей полости или расположен на наружной боковой стенке третьей полости, окружая ее.
[0015] Предпочтительно, вторая полость расположена внутри первой полости, а внутренний электрод формирует по меньшей мере часть боковой стенки второй полости или расположен на боковой стенке второй полости, окружая ее; более предпочтительно, внутренний электрод формирует по меньшей мере часть боковой стенки второй полости или расположен на наружной боковой стенке второй полости, окружая ее.
[0016] Предпочтительно, вторая полость расположена внутри первой полости, а устройство для осуществления реакции дополнительно содержит: третью полость, расположенную снаружи вокруг первой полости.
[0017] Предпочтительно, третья полость имеет, соответственно, третье впускное отверстие и третье выпускное отверстие.
[0018] В настоящем изобретении формы первой полости, второй полости, третьей полости, внутреннего электрода, наружного электрода и барьерного диэлектрика могут быть, например, цилиндрическими, змеевидными, ребристыми, S-образными, волнообразными, винтовыми или булавовидными (т.е. имеющими выпуклую конструкцию на боковой стенке).
[0019] В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, барьерный диэлектрик формирует по меньшей мере часть боковой стенки первой полости, или барьерный диэлектрик расположен на внутренней боковой стенке первой полости, окружая ее; более предпочтительно, первая полость образована барьерным диэлектриком.
[0020] В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения, наружный электрод расположен на наружной боковой стенке первой полости, окружая ее, а барьерный диэлектрик формирует по меньшей мере часть боковой стенки первой полости.
[0021] В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения, барьерный диэлектрик расположен по меньшей мере на части наружной поверхности внутреннего электрода таким образом, что по меньшей мере часть наружной поверхности внутреннего электрода обернута барьерным диэлектриком. Барьерный диэлектрик может быть закреплен на наружной поверхности внутреннего электрода любым фиксируемым образом, или барьерный диэлектрик может быть нанесен на наружную поверхность внутреннего электрода в виде покрытия.
[0022] В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения, барьерный диэлектрик расположен между внутренним электродом и наружным электродом, окружая ее, причем как расстояние между барьерным диэлектриком и внутренним электродом, так и расстояние между барьерным диэлектриком и наружным электродом больше 0. В предпочтительном варианте выполнения барьерный диэлектрик предпочтительно жестко соединен с верхней и/или с нижней частью первой полости; более предпочтительно, конец барьерного диэлектрика, жестко соединенный с первой полостью, имеет пористую структура. Пористая структура обеспечивает доступ через нее к потоку материала в первой полости. Настоящее изобретение не налагает конкретных ограничений на способ крепления барьерного диэлектрика при условии, что барьерный диэлектрик может быть расположен между внутренним электродом и наружным электродом, окружая ее.
[0023] В настоящем изобретении внутренний электрод может иметь, например, цилиндрическую форму, первая полость представляет собой полый цилиндр, проходящий в осевом направлении с постоянным диаметром, а внутренний электрод и первая полость коаксиальны.
2
1
[0024] Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемое настоящим изобретением, предпочтительно представляет собой устройство для осуществления реакции диэлектрическим барьерным разрядом с коаксиальной конструкцией и рубашкой, причем основная конструкция устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции в основном содержит внутренний электрод, наружный электрод, барьерный диэлектрик и тому подобное, а конструкция цилиндрического типа обеспечивает теплопроводящей среде возможность циркуляционным образом нагревать или охлаждать устройство для осуществления реакции разрядом, чтобы выполнять гибкое управление температурой в области разряда. В частности, настоящее изобретение может значительно увеличить превращение сероводорода и снизить потребление энергии на разложение сероводорода по сравнению с предшествующим уровнем техники путем управления пропорциональным соотношением L и толщины D барьерного диэлектрика в определенном интервале и использования твердого внутреннего электрода и твердого наружного электрода.
[0025] Конструкция рубашки, в соответствии с изобретением, может гарантировать, что теплопроводящая среда циркулирует в слое оболочки, обеспечивает интенсивность разряда и одновременно поддерживает все устройство для осуществления реакции в определенном температурном интервале, гарантируя, что образующаяся сера вытекает из устройства для осуществления реакции в жидком состоянии, эффективно предотвращает затвердевание серы, образующейся при разложении сероводорода, и непрерывно и стабильно выполняет длительную операцию процесса разложения, получая при этом более высокую скорость превращения.
[0026] Предпочтительно, количество первых полостей равно 1.
2
1
2
1
2
1
[0027] В соответствии с особенно предпочтительным вариантом выполнения, первая полость состоит по меньшей мере из двух реакционных трубок, расположенных параллельно друг другу и имеющих верхнюю и нижнюю части, соответственно сообщающиеся друг с другом; причем каждая реакционная трубка имеет, соответственно, внутренний электрод, наружный электрод и барьерный диэлектрик. В этом особенно предпочтительном варианте выполнения по отношению к каждой из указанных реакционных трубок предпочтительно, чтобы соотношение между L и D было L:D=(0,1-100):1; предпочтительно L:D=(0,1-30):1; более предпочтительно (0,2-15):1. В этом особенно предпочтительном варианте выполнения внутренние электроды всех реакционных трубок предпочтительно соединены параллельно между собой. В этом особенно предпочтительном варианте выполнения наружные электроды всех реакционных трубок предпочтительно соединены параллельно между собой.
[0028] В соответствии с другим особенно предпочтительным вариантом выполнения количество первых полостей больше 2, причем каждая из первых полостей имеет, соответственно, внутренний электрод, наружный электрод и барьерный диэлектрик. В этом особенно предпочтительном варианте выполнения предпочтительно, чтобы все внутренние электроды были соединены параллельно между собой. В этом особенно предпочтительном варианте выполнения все наружные электроды предпочтительно соединены параллельно между собой.
[0029] Предпочтительно, материал барьерного диэлектрика представляет собой электроизоляционный материал, более предпочтительно, по меньшей мере один, выбранный из группы, состоящей из стекла, кварца, керамики, эмали, политетрафторэтилена и слюды. Стекло может быть кварцевым стеклом или тугоплавким стеклом; материал, формирующий барьерный диэлектрик, может также представлять собой другие металлические и неметаллические композитные материалы с высоковольтной электрической изоляцией. Керамика может быть керамикой из оксида алюминия.
[0030] Предпочтительно, наружный электрод и внутренний электрод являются проводящими материалами. Предпочтительно, как наружный электрод, так и внутренний электрод может быть независимо выбран по меньшей мере из одной из группы, состоящей из графитовой трубки, графитового порошка, металлического стержня, металлической фольги, металлической сетки, металлической трубки, порошка металла и графитового стержня.
[0031] Металлический стержень и металлическая трубка могут содержать простой металлический стержень, стержень из металлического сплава, простую металлическую трубку и трубку из легированного металла. Металлический порошок может содержать простой металлический порошок, легированный металлический порошок или механическую смесь простого металлического порошка и/или легированного металлического порошка. Материал, формирующий электроды (включая внутренний электрод и наружный электрод) настоящего изобретения, может быть из других стержнеобразных и трубчатых материалов, обладающих проводящими свойствами.
[0032] В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы один из внутреннего электрода и наружного электрода представлял собой заземляющий электрод, а другой - высоковольтный электрод. Материалы внутреннего электрода и наружного электрода могут быть определены специалистом в данной области в соответствии с требованиями применения.
[0033] Предпочтительно, устройство для осуществления реакции, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, также содержит заземляющий провод, один конец которого электрически соединен с наружным электродом или внутренним электродом.
[0034] Предпочтительно, первое впускное отверстие расположено в верхней части первой полости, а первое выпускное отверстие расположено в нижней части и/или в дне первой полости.
[0035] Предпочтительно, первое выпускное отверстие содержит выпускное отверстие для газового продукта и выпускное отверстие для жидкого продукта, причем выпускное отверстие для газового продукта расположено в нижней части первой полости, а выпускное отверстие для жидкого продукта расположено в дне первой полости.
1
3
1
3
1
3
1
3
[0036] Предпочтительно, выпускное отверстие для газового продукта расположено ниже области разряда, а пропорциональное соотношение между высотой H выпускного отверстия газового продукта относительно дна первой полости и длиной L области разряда составляет: H:L=1:(0,05-25000); предпочтительно H:L=1:(0,1-10000); более предпочтительно H:L=1:(0,5-1000).
[0037] В настоящем изобретении «область разряда» означает область, в которой внутренний электрод, наружный электрод и барьерный диэлектрик полностью перекрываются.
[0038] Отношение внутреннего диаметра первой полости к апертуре первого выпускного отверстия может составлять (0,1-100):1.
[0039] Отношение апертуры первого впускного отверстия к апертуре первого выпускного отверстия в настоящем изобретении может быть (0,1-120):1.
[0040] Отношение длины первой полости к внутреннему диаметру первой полости может составлять (0,5-500):1. Внутренний диаметр первой полости представляет собой расстояние от осевого центра первой полости до наружной боковой стенки первой полости.
[0041] Предпочтительно, второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие расположены, соответственно, в нижней части и верхней части второй полости.
[0042] Первое впускное отверстие, в соответствии с настоящим изобретением, может быть расположено так, чтобы подаваемый газ, входящий в первую полость, проходил параллельно или под углом относительно внутреннего диаметра первой полости, например, может проходить по касательной относительно внутреннего диаметра первой полости.
[0043] Предпочтительно, третье впускное отверстие и третье выпускное отверстие выполнены, соответственно, в нижней части и верхней части третьей полости.
[0044] Температура устройства для осуществления реакции со конструкцией рубашки может поддерживаться в пределах 119 - 444,6°С, например, путем введения теплопроводящей среды во вторую или третью полость. В этом случае образующаяся сера может непрерывно вытекать в жидкой форме.
[0045] Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, может быть дополнительно загружено катализатором, способным катализировать разложение сероводорода на элементарную серу и газообразный водород, причем катализатор предпочтительно загружается в первую реакционную полость устройства. Настоящее изобретение не предъявляет особых требований к загрузочному объему и типу катализатора, причем катализатор может иметь, например, любой один или несколько типов, раскрытых в патентных документах CN102408095A, CN101590410A и CN103495427A.
[0046] Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, предлагаемое в изобретении, может использоваться для плазменного разложения сероводорода и может генерировать равномерный и эффективный диэлектрический барьерный разряд, так что сероводород непосредственно разлагается на водород и серу.
[0047] Во втором аспекте настоящего изобретения предложен способ разложения сероводорода, который выполняют в устройстве для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненном в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, при этом в способе: соединяют один из наружного электрода и внутреннего электрода устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции с высоковольтным источником питания, а другой электрод из наружного электрода и внутреннего электрода заземляют для выполнения диэлектрического барьерного разряда; вводят подаваемый газ, содержащий сероводород, в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия первой полости устройства для низкотемпературной плазменной реакции для осуществления реакции разложения сероводорода, выпуск потока материала, полученного после разложения, через первое выпускное отверстие и непрерывный ввод теплопроводящей среды во вторую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции через второе впускное отверстие и выпуск теплопроводящей среды через второе выпускное отверстие, чтобы управлять температурой первой полости устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции.
[0048] В способе, в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно также: непрерывно вводят тепло проводящую среду в третью полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции через третье впускное отверстие и выпускают теплопроводящую среду через третье выпускное отверстие, что выполняется в координации с непрерывным введением теплопроводящей среды во вторую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции через второе впускное отверстие и выпуском теплопроводящей среды через второе выпускное отверстие для управления температурой первой полости устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции.
[0049] Предпочтительно, условия разряда диэлектрического барьера включают: напряжение разряда составляет 2 кВ - 80 кВ, предпочтительно 5 кВ - 30 кВ, более предпочтительно 5 кВ - 20 кВ и еще более предпочтительно 5 кВ - 15 кВ; частота разряда составляет 200 Гц - 30000 Гц, предпочтительно 500 Гц - 15000 Гц и более предпочтительно 500 Гц - 13000 Гц.
[0050] Предпочтительно, условия реакции разложения включают: температура реакции составляет 0 - 800°С, предпочтительно 40 - 500°С и более предпочтительно 119 - 444,6°С; давление реакции составляет 0 - 0,6 МПа, предпочтительно 0 - 0,3 МПа.
-5
-5
[0051] Предпочтительно, время пребывания подаваемого газа, содержащего сероводород, в области разряда устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции составляет 1×10 - 120 с, предпочтительно, 2×10 - 60 с.
[0052] Предпочтительно, реакцию разложения сероводорода проводят в присутствии газа-носителя, причем газ-носитель представляет собой по меньшей мере один газ, выбранный из группы, состоящей из азота, водорода, гелия, аргона, водяного пара, монооксида углерода, диоксида углерода, метана, этана и пропана.
[0053] Особенно предпочтительно, чтобы газ-носитель был по меньшей мере одним, выбранным из группы, состоящей из водорода, аргона, гелия и азота.
-8
[0054] Предпочтительно, содержание газообразного сероводорода в подаваемом газе составляет 1×10 - 100% по объему, более предпочтительно 10 - 100% по объему сероводородного газа в первом впускном отверстии устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции.
[0055] В настоящем изобретении подаваемый газ не содержит вышеупомянутый газ-носитель настоящего изобретения, причем подаваемый газ представляет собой чистый газообразный сероводород или промышленный отработавший газ, содержащий сероводород и другие газы, полученные в промышленном производстве, хотя подаваемый газ может содержать тот же вид газа, что и газ-носитель, определенный в настоящем изобретении, при этом газ-носитель, определенный в настоящем изобретении, представляет собой газ, который добровольно добавляется для смешивания с подаваемым газом, при этом способ, в соответствии с настоящим изобретением, может управлять количеством добавляемого газа-носителя по мере необходимости.
[0056] Изобретение представляет собой предпочтительный вариант выполнения разложения сероводорода путем применения вышеупомянутого устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, следующим образом:
вводят защитный газ, такой как азот, в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия для продувки воздуха в области разряда и выпускают газ через первое выпускное отверстие; вводят теплопроводящую среду во вторую полость из второго впускного отверстия и выпускают введенную теплопроводящую среду через второе выпускное отверстие; поддерживают температуру теплопроводящей среды на уровне температуры, необходимой для осуществления системной реакции; после этого вводят подаваемый газ, содержащий сероводород, в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия, включают высоковольтный источник питания после того, как поток подаваемого газа становится стабильным, и формируют поле плазменного разряда между внутренним электродом и наружным электродом путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания; выполняют ионизацию газообразного сероводорода в области разряда и разложение газообразного сероводорода на водород и элементарную серу, при этом элементарная сера, образующаяся в результате разряда, медленно протекает вниз вдоль первой стенки полости и вытекает из первого выпускного отверстия.
[0057] Изобретение предлагает другой предпочтительный вариант выполнения разложения сероводорода с использованием вышеупомянутого устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, следующим образом:
вводят защитный газ, такой как азот, в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия для продувки воздуха в области разряда, и выпускают газ через первое выпускное отверстие; вводят теплопроводящую среду во вторую полость из второго впускного отверстия и выпускают введенную теплопроводящую среду через второе выпускное отверстие; вводят теплопроводящую среду в третью полость через третье впускное отверстие и выпускают введенную теплопроводящую среду через третье выпускное отверстие; поддерживают температуру теплопроводящей среды на уровне температуры, необходимой для выполнения системной реакции; после этого вводят подаваемый газ, содержащий сероводород, в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия, включают высоковольтный источник питания после того, как поток подаваемого газа становится стабильным, и формируют поле плазменного разряда между внутренним электродом и наружным электрод путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания; выполняют ионизацию газообразного сероводорода в области разряда и разложение газообразного сероводорода на водород и элементарную серу, при этом элементарная сера, образующаяся в результате разряда, медленно протекает вниз вдоль первой стенки полости и вытекает из первого выпускного отверстия.
[0058] Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемое настоящим изобретением, может способствовать непрерывной и стабильной работе процесса разложения сероводорода с явно более высокой степенью превращения сероводорода, при этом устройство подходит для длительной работы.
[0059] Кроме того, устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемое настоящим изобретением, также может быть использовано для процесса обработки сероводорода с массовым расходом и высокой концентрацией.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0060] Фиг. 1а конструктивно изображает схематический вид предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором вторая полость расположена снаружи первой полости.
[0061] Фиг. 1b конструктивно изображает схематический вид предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором вторая полость расположена внутри первой полости.
[0062] Фиг. 1с конструктивно изображает схематический вид предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором расположена третья полость, причем вторая полость и третья полость расположены, соответственно, внутри и снаружи первой полости.
[0063] Фиг. 2а конструктивно изображает схематический вид другого предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором вторая полость расположена снаружи первой полости.
[0064] Фиг. 2b конструктивно изображает схематический вид другого предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором вторая полость расположена внутри первой полости.
[0065] Фиг. 2с конструктивно изображает схематический вид другого предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором расположена третья полость, причем вторая полость и третья полость расположены, соответственно, внутри и снаружи первой полости.
[0066] Фиг. 3а конструктивно изображает схематический вид предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором вторая полость расположена снаружи первой полости.
[0067] Фиг. 3b конструктивно изображает схематический вид предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором вторая полость расположена внутри первой полости.
[0068] Фиг. 3с конструктивно изображает схематический вид предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором расположена третья полость, причем вторая полость и третья полость расположены, соответственно, внутри и снаружи первой полости.
[0069] Фиг. 4а конструктивно изображает схематический вид предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором вторая полость расположена снаружи первой полости.
[0070] Фиг. 4b конструктивно изображает схематический вид предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором вторая полость расположена внутри первой полости.
[0071] Фиг. 4с конструктивно изображает схематический вид предпочтительного конкретного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, обеспечиваемого настоящим изобретением, в котором расположена третья полость, причем вторая полость и третья полость расположены, соответственно, внутри и снаружи первой полости.
[0072] Описание условных обозначений
1. Первая полость
2. Вторая полость
3. Внутренний электрод
4. Наружный электрод
5. Провод заземления
6. Барьерный диэлектрик
7. Третья полость
11. Первое впускное отверстие
12. Выпускное отверстие для газового продукта
13. Выпускное отверстие для жидкого продукта
21. Второе впускное отверстие
22. Второе выпускное отверстие
71. Третье впускное отверстие
72. Третье выпускное отверстие
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
[0073] Конечные значения и любые значения интервалов, раскрытых в данном документе, не ограничиваются точными интервалами или значениями, такие интервалы или значения должны пониматься как содержащие значения, смежные с интервалами или значениями. Что касается численных интервалов, конечные значения различных интервалов, конечные значения и отдельные значения различных интервалов, а также отдельные значения могут быть объединены друг с другом для получения одного или нескольких новых численных интервалов, которые, как следует считать, подробно раскрыты в настоящем описании.
[0074] Последующее содержание вместе с Фиг. 1а обеспечивает конструкцию предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, а именно:
устройство для осуществления реакции имеет цилиндрическую конструкцию с коаксиальной рубашкой, при этом устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость 1, имеющую, соответственно, первое впускное отверстие 11 и первое выпускное отверстие;
вторую полость 2, расположенную снаружи вокруг первой полости 1, причем, соответственно, второе впускное отверстие 21 и второе выпускное отверстие 22 расположены во второй полости 2;
внутренний электрод 3, расположенный в первой полости 1;
наружный электрод 4, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки первой полости 1 или расположенный на наружной боковой стенке первой полости 1, окружая ее; и
барьерный диэлектрик, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки первой полости 1 или расположенный на внутренней боковой стенке первой полости 1, окружая ее, причем барьерный диэлектрик расположен между внутренним электродом 3 и наружным электродом 4 таким образом, что область разряда между внутренним электродом 3 и наружным электродом 4 разделена барьерным диэлектриком;
при этом как внутренний электрод 3, так и наружный электрод 4 представляют собой твердые электроды, причем формы внутреннего электрода 3 и наружного электрода 4 согласованы друг с другом с образованием изодиаметрической конструкции; и
1
1
2
1
1
2
1
если расстояние между наружной боковой стенкой внутреннего электрода 3 и внутренней боковой стенкой наружного электрода 4 обозначено как L, толщина барьерного диэлектрика 6 обозначена как D, причем L=L-D, то пропорциональное соотношение между L и D составляет (0,1-100):1, предпочтительно (0,1-30):1, более предпочтительно (0,2-15):1.
[0075] В соответствии с изобретением, наружный электрод 4 предпочтительно расположен на наружной боковой стенке первой полости 1, окружая ее, а барьерный диэлектрик формирует по меньшей мере часть боковой стенки первой полости 1.
[0076] Последующее содержание вместе с Фиг. 1b обеспечивает конструкцию предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, а именно:
устройство для осуществления реакции имеет цилиндрическую конструкцию с коаксиальной рубашкой, при этом устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость 1, имеющую, соответственно, первое впускное отверстие 11 и первое выпускное отверстие;
вторую полость 2, расположенную внутри первой полости 1, причем, соответственно, второе впускное отверстие 21 и второе выпускное отверстие 22 расположены во второй полости 2;
внутренний электрод 3, расположенный в первой полости 1;
наружный электрод 4, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки первой полости 1 или расположенный на наружной боковой стенке первой полости 1, окружая ее; и
барьерный диэлектрик, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки первой полости 1 или расположенный на внутренней боковой стенке первой полости 1, окружая ее, причем барьерный диэлектрик расположен между внутренним электродом 3 и наружным электродом 4 таким образом, что область разряда между внутренним электродом 3 и наружным электродом 4 разделена барьерным диэлектриком,
при этом как внутренний электрод 3, так и наружный электрод 4 представляют собой твердые электроды, причем формы внутреннего электрода 3 и наружного электрода 4 согласованы друг с другом с образованием изодиаметрической конструкции; и
1
1
2
1
1
2
1
если расстояние между наружной боковой стенкой внутреннего электрода 3 и внутренней боковой стенкой наружного электрода 4 обозначено как L, а толщина барьерного диэлектрика 6 обозначена как D, причем L=L-D, то пропорциональное соотношение между L и D составляет (0,1-100):1, предпочтительно (0,1-30):1, более предпочтительно (0,2-15):1.
[0077] Фиг. 1с иллюстрирует конструкцию предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенное на Фиг. 1с, отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенного на Фиг. 1а и 1b тем, что: устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенное на Фиг. 1с дополнительно содержит третью полость 7, причем третья полость 7 и вторая полость 2 расположены, соответственно, по обе стороны от первой полости 1; кроме того, теплопроводящая среда непрерывно вводится как в третью полость 7, так и во вторую полость 2, и выпускается из них. В третьей полости теплопроводящая среда вводится в третью полость из третьего впускного отверстия 71 и выводится через третье выпускное отверстие 72.
[0078] Последующее содержание вместе с Фиг. 2а обеспечивает конструкцию предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, а именно:
устройство для осуществления реакции имеет цилиндрическую конструкцию с коаксиальной рубашкой, при этом устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость 1, имеющую, соответственно, первое впускное отверстие 11 и первое выпускное отверстие;
вторую полость 2, расположенную снаружи вокруг первой полости 1, причем, соответственно, второе впускное отверстие 21 и второе выпускное отверстие 22 расположены во второй полости 2;
наружный электрод 4, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки первой полости 1 или расположенный на наружной боковой стенке первой полости 1, окружая ее; и
барьерный диэлектрик 6, расположенный по меньшей мере на части наружной поверхности внутреннего электрода 3 так, что наружная поверхность внутреннего электрода 3, по меньшей мере частично выступающая в первую полость 1, обернута барьерным диэлектриком 6, причем положение, в котором расположен указанный барьерный диэлектрик 6, приводит к тому, что область разряда между внутренним электродом и наружным электродом разделена барьерным диэлектриком;
при этом как внутренний электрод 3, так и наружный электрод 4 представляют собой твердые электроды, причем формы внутреннего электрода 3 и наружного электрода 4 согласованы друг с другом с образованием изодиаметрической конструкции; и
1
1
2
1
1
2
1
если расстояние между наружной боковой стенкой внутреннего электрода 3 и внутренней боковой стенкой наружного электрода 4 обозначено как L, а толщина барьерного диэлектрика 6 обозначена как D, причем L=L-D, то пропорциональное соотношение между L и D составляет (0,1-100):1, предпочтительно (0,1-30):1, более предпочтительно (0,2-15):1.
[0079] Последующее содержание в сочетании с Фиг. 2b обеспечивает конструкцию предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, а именно:
устройство для осуществления реакции имеет цилиндрическую конструкцию с коаксиальной рубашкой, при этом устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость 1, имеющую, соответственно, первое впускное отверстие 11 и первое выпускное отверстие;
вторую полость 2, расположенную внутри первой полости 1, причем, соответственно, второе впускное отверстие 21 и второе выпускное отверстие 22 расположены во второй полости 2;
внутренний электрод 3, расположенный в первой полости 1;
наружный электрод 4, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки первой полости 1 или расположенный на внутренней боковой стенке первой полости 1, окружая ее; и
барьерный диэлектрик 6, расположенный по меньшей мере на части наружной поверхности внутреннего электрода 3 так, что наружная поверхность внутреннего электрода 3, по меньшей мере частично выступающая в первую полость 1, обернута барьерным диэлектриком 6, причем положение, в котором расположен указанный барьерный диэлектрик 6, приводит к тому, что область разряда между внутренним электродом и наружным электродом разделена барьерным диэлектриком;
при этом как внутренний электрод 3, так и наружный электрод 4 представляют собой твердые электроды, причем формы внутреннего электрода 3 и наружного электрода 4 согласованы друг с другом с образованием изодиаметрической конструкции; и
1
1
2
1
1
2
1
если расстояние между наружной боковой стенкой внутреннего электрода 3 и внутренней боковой стенкой наружного электрода 4 обозначено как L, а толщина барьерного диэлектрика 6 обозначена как D, причем L=L-D, то пропорциональное соотношение между L и D составляет (0,1-100):1, предпочтительно (0,1-30):1, более предпочтительно (0,2-15):1.
[0080] Фиг. 2с иллюстрирует конструкцию предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенное на Фиг. 2с, отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенного на Фиг. 2а и 2b тем, что: устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенное на Фиг. 1с дополнительно содержит третью полость 7, причем третья полость 7 и вторая полость 2 расположены, соответственно, по обе стороны от первой полости 1; кроме того, теплопроводящая среда непрерывно вводится как в третью полость 7, так и во вторую полость 2, и выпускается из них. В третьей полости теплопроводящая среда вводится в третью полость из третьего впускного отверстия 71 и выводится через третье выпускное отверстие 72.
[0081] Последующее содержание вместе с Фиг. 3 обеспечивает конструкцию предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, а именно:
устройство для осуществления реакции имеет цилиндрическую конструкцию с коаксиальной рубашкой, при этом устройство осуществления реакции содержит:
первую полость 1, имеющую, соответственно, первое впускное отверстие 11 и первое выпускное отверстие;
вторую полость 2, расположенную снаружи вокруг первой полости 1, причем, соответственно, второе впускное отверстие 21 и второе выпускное отверстие 22 расположены во второй полости 2;
внутренний электрод 3, расположенный в первой полости 1;
наружный электрод 4, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки первой полости 1 или расположенный на наружной боковой стенке первой полости 1, окружая ее; и
барьерный диэлектрик 6, расположенный между внутренним электродом 3 и наружным электродом 4, окружая ее, причем расстояние между барьерным диэлектриком и внутренним электродом 3, а также расстояние между барьерным диэлектриком и наружным электродом 4 больше 0, при этом расположение указанного барьерного диэлектрика 6 приводит к тому, что область разряда между внутренним электродом и наружным электродом разделена барьерным диэлектриком;
при этом как внутренний электрод 3, так и наружный электрод 4 представляют собой твердые электроды, причем формы внутреннего электрода 3 и наружного электрода 4 согласованы друг с другом с образованием изодиаметрической конструкции; и
1
1
2
1
1
2
1
если расстояние между наружной боковой стенкой внутреннего электрода 3 и внутренней боковой стенкой наружного электрода 4 обозначено как L, а толщина барьерного диэлектрика 6 обозначена как D, причем L=L-D, то пропорциональное соотношение между L и D составляет (0,1-100):1, предпочтительно (0,1-30):1, более предпочтительно (0,2-15):1.
[0082] Последующее содержание вместе с Фиг. 3b обеспечивает конструкцию предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, а именно:
устройство для осуществления реакции имеет цилиндрическую конструкцию с коаксиальной рубашкой, при этом устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость 1, имеющую, соответственно, первое впускное отверстие 11 и первое выпускное отверстие;
вторую полость 2, расположенную внутри первой полости 1, причем второе впускное отверстие 21 и второе выпускное отверстие 22 расположены, соответственно, во второй полости 2;
внутренний электрод 3, расположенный в первой полости 1;
наружный электрод 4, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки первой полости 1 или расположенный на внутренней боковой стенке первой полости 1, окружая ее; и
барьерный диэлектрик 6, расположенный между внутренним электродом 3 и наружным электродом 4, окружая ее, причем расстояние между барьерным диэлектриком и внутренним электродом 3, а также расстояние между барьерным диэлектриком и наружным электродом 4 больше 0, при этом расположение указанного барьерного диэлектрика 6 приводит к тому, что область разряда между внутренним электродом и наружным электродом разделена барьерным диэлектриком;
при этом как внутренний электрод 3, так и наружный электрод 4 представляют собой твердые электроды, причем формы внутреннего электрода 3 и наружного электрода 4 согласованы друг с другом с образованием изодиаметрической конструкции; и
1
1
2
1
1
2
1
если расстояние между наружной боковой стенкой внутреннего электрода 3 и внутренней боковой стенкой наружного электрода 4 обозначено как L, а толщина барьерного диэлектрика 6 обозначена как D, причем L=L-D, то пропорциональное соотношение между L и D составляет (0,1-100):1, предпочтительно (0,1-30):1, более предпочтительно (0,2-15):1.
[0083] Фиг. 3с иллюстрирует конструкцию предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенное на Фиг. 3с, отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенного на Фиг. 3а и 3b тем, что: устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенное на Фиг. 3с дополнительно содержит третью полость 7, причем третья полость 7 и вторая полость 2 расположены, соответственно, по обе стороны от первой полости 1; кроме того, теплопроводящая среда непрерывно вводится как в третью полость 7, так и во вторую полость 2, и выпускается из них. В третьей полости теплопроводящая среда вводится в третью полость из третьего впускного отверстия 71 и выводится через третье выпускное отверстие 72.
[0084] Последующее содержание вместе с Фиг. 4а обеспечивает конструкцию другого предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, а именно:
устройство для осуществления реакции имеет цилиндрическую конструкцию с коаксиальной рубашкой, при этом устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость, образованную по меньшей мере двумя реакционными трубками, расположенными параллельно и имеющими, соответственно, верхнюю и нижнюю части, сообщающиеся друг с другом;
причем первая полость 1 имеет, соответственно, первое впускное отверстие 11 и первое выпускное отверстие;
вторую полость 2, расположенную снаружи вокруг первой полости 1, причем второе впускное отверстие 21 и второе выпускное отверстие 22 расположены, соответственно, во второй полости 2;
внутренний электрод 3, расположенный, соответственно, в каждой из реакционных трубок;
наружный электрод 4, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки каждой из реакционных трубок или расположенный на боковой стенке каждой из реакционных трубок, окружая ее; и
барьерный диэлектрик 6, расположенный между внутренним электродом 3 и наружным электродом 4 в каждой из реакционных трубок, окружая ее, причем расположение указанного барьерного диэлектрика 6 приводит к тому, что область разряда между внутренним электродом 3 и наружным электродом 4 разделена барьерным диэлектриком;
1
1
2
1
1
2
1
при этом если в каждой из реакционных трубок расстояние между наружной боковой стенкой внутреннего электрода 3 и внутренней боковой стенкой наружного электрода 4 обозначено как L, а толщина барьерного диэлектрика 6 обозначена как D, причем L=L-D, то пропорциональное соотношение между L и D составляет (0,1-100):1, предпочтительно (0,1-30):1, более предпочтительно (0,2-15):1.
[0085] Последующее содержание в сочетании с Фиг. 4b обеспечивает конструкцию другого предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, а именно:
устройство для осуществления реакции имеет цилиндрическую конструкцию с коаксиальной рубашкой, при этом устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость, образованную по меньшей мере двумя реакционными трубками, расположенными параллельно и имеющими, соответственно, верхнюю и нижнюю части, сообщающиеся друг с другом;
причем первая полость 1 имеет, соответственно, первое впускное отверстие 11 и первое выпускное отверстие;
вторую полость 2, расположенную внутри первой полости 1, причем второе впускное отверстие 21 и второе выпускное отверстие 22 расположены, соответственно, во второй полости 2;
внутренний электрод 3, расположенный, соответственно, в каждой из реакционных трубок;
наружный электрод 4, формирующий по меньшей мере часть боковой стенки каждой из реакционных трубок или расположенный на боковой стенке каждой из реакционных трубок, окружая ее; и
барьерный диэлектрик 6, расположенный между внутренним электродом 3 и наружным электродом 4 в каждой из реакционных трубок, окружая ее, причем расположение указанного барьерного диэлектрика 6 приводит к тому, что область разряда между внутренним электродом 3 и наружным электродом 4 разделена барьерным диэлектриком;
1
1
2
1
1
2
1
при этом если в каждой из реакционных трубок расстояние между наружной боковой стенкой внутреннего электрода 3 и внутренней боковой стенкой наружного электрода 4 обозначено как L, а толщина барьерного диэлектрика 6 обозначена как D, причем L=L-D, то пропорциональное соотношение между L и D составляет (0,1-100):1, предпочтительно (0,1-30):1, более предпочтительно (0,2-15):1.
[0086] Фиг. 4с иллюстрирует конструкцию предпочтительного варианта выполнения устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенное на Фиг. 4с, отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенного на Фиг. 4а и 4b тем, что: устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенное на Фиг. 4с дополнительно содержит третью полость 7, причем третья полость 7 и вторая полость 2 расположены, соответственно, по обе стороны от первой полости 1; кроме того, теплопроводящая среда непрерывно вводится как в третью полость 7, так и во вторую полость 2, и выпускается из них. В третьей полости теплопроводящая среда вводится в третью полость из третьего впускного отверстия 71 и выводится через третье выпускное отверстие 72.
[0087] В настоящем изобретении, когда вторая полость 2 или третья полость 7 расположена внутри первой полости 1, для облегчения описания вторая полость 2 или третья полость 7, расположенная в первой полости 1, будет называться «внутренней полостью».
[0088] Предпочтительно, внутренний электрод 3 формирует по меньшей мере часть боковой стенки внутренней полости или расположен на боковой стенке внутренней полости, окружая ее.
[0089] В соответствии с предпочтительным конкретным вариантом выполнения, внутренний электрод 3 расположен на наружной боковой стенке третьей полости 7, окружая ее.
[0090] В соответствии с предпочтительным конкретным вариантом выполнения, внутренний электрод 3 расположен на внутренней боковой стенке третьей полости 7, окружая ее, и при этом по меньшей мере часть боковой стенки третьей полости 7 образована барьерным диэлектриком 6. То есть, в конкретном варианте выполнения устройство для осуществления реакции, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, может представлять собой диэлектрическое устройство с двойным барьером.
[0091] На Фиг. 1a, 1b, 1с, 2а, 2b, 2с, 3а, 3b, 3с, 4а, 4b и 4с также представлены следующие предпочтительные технические характеристики:
устройство для осуществления реакции предпочтительно дополнительно содержит заземляющий провод 5, причем один конец заземляющего провода 5 электрически соединен с внутренним электродом 3 или наружным электродом 4.
[0092] В настоящем изобретении один электрод из внутреннего электрода 3 и наружного электрода 4 представляет собой заземляющий электрод, а другой электрод представляет собой высоковольтный электрод.
[0093] Предпочтительно, первое впускное отверстие 11 расположено в верхней части первой полости 1, а первое выпускное отверстие расположено в нижней части и/или в дне первой полости 1.
[0094] Предпочтительно, второе впускное отверстие 21 и второе выпускное отверстие 22 расположены, соответственно, в нижней части и верхней части второй полости 2.
[0095] Предпочтительно, третье впускное отверстие 71 и третье выпускное отверстие 72 расположены, соответственно, в нижней части и верхней части третьей полости 7.
[0096] Предпочтительно, в конкретных вариантах выполнения, изображенных на Фиг. 1a, 1b, 1с, 2а, 2b, 2с, 3а, 3b и 3с, первое выпускное отверстие содержит выпускное отверстие 12 для газового продукта и выпускное отверстие 13 для жидкого продукта, причем выпускное отверстие 12 для газового продукта расположено в нижней части первой полости 1, а выпускное отверстие 13 для жидкого продукта расположено в дне первой полости 1.
1
3
1
3
1
3
1
3
[0097] Предпочтительно, в конкретных вариантах выполнения, изображенных на Фиг. 1a, 1b, 1с, 2а, 2b, 2с, 3а, 3b и 3с, выпускное отверстие 12 для газового продукта расположено ниже области разряда, при этом пропорциональное соотношение между высотой H места расположения указанного выпускного отверстия 12 для газового продукта относительно дна первой полости 1 и длиной L области разряда: H:L=1:(0,05-25000); предпочтительно H:L=1:(0,1-10000); более предпочтительно H:L=1:(0,5-1000).
[0098] Предпочтительно, в конкретных вариантах выполнения, изображенных на Фиг. 4а, 4b и 4с, первое выпускное отверстие содержит выпускное отверстие 12 для газового продукта и выпускное отверстие 13 для жидкого продукта, причем выпускное отверстие 12 для газового продукта расположено в нижней части всех реакционных трубок, а выпускное отверстие 13 для жидкого продукта расположено в дне всех реакционных трубок. Желательно, чтобы все реакционные трубки имели одинаковый размер.
1
3
1
3
1
3
1
3
[0099] Предпочтительно, в конкретных вариантах выполнения, изображенных на Фиг. 4а, 4b и 4с, выпускное отверстие 12 для газового продукта расположено ниже всей области разряда, при этом пропорциональное соотношение между высотой H места расположения указанного выпускного отверстия 12 для газового продукта относительно дна первой полости 1 и длиной L области разряда: H:L=1:(0,05-25,000); предпочтительно H:L=1:(0,1-10000); более предпочтительно H:L=1:(0,5-1000).
[00100] Если не указано иное, давления в настоящем изобретении относятся к абсолютным давлениям.
[00101] Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, предлагаемое в изобретении, также имеет следующие конкретные преимущества:
(1) Для формирования заземляющего провода, применяемого для заземления в устройстве для осуществления реакции, используется проводящий твердый материал, причем по сравнению с жидким заземляющим электродом твердый заземляющий электрод имеет преимущества, заключающиеся в том, что ток микроразряда, генерируемый разрядом, больше, когда твердый заземляющий электрод соответствует конструкции согласно изобретению, тем самым больше способствуя реакции разложения молекул сероводорода разрядом.
(2) Рубашка расположена на наружной стороне и/или на внутренней стороне электрода устройства для осуществления реакции, причем управление температурой устройства для осуществления реакции может быть реализовано путем управления температурой теплопроводящей среды в рубашке, так что сера, образующаяся при разложении сероводорода разрядом, может плавно вытекать из области разряда, при этом предотвращается затвердевание серы, блокирующее устройство для осуществления реакции, а сам процесс разряда осуществляется непрерывно и стабильно.
2
1
(3) Устройство для осуществления реакции управляет пропорциональным соотношением между L и толщиной D барьерного диэлектрика, которое должно составлять (0,1-100):1, предпочтительно (0,1-30):1, более предпочтительно (0,2-15):1, что используется в сочетании с другой конструкцией устройства для осуществления реакции, выполненного в соответствии с изобретением, таким образом, очевидно, что превращение сероводорода может быть увеличено, а потребление энергии, необходимой для разложения, может быть уменьшено.
[00102] Настоящее изобретение будет далее подробно описано с помощью примеров. В последующих примерах каждый из используемых сырьевых материалов является коммерчески доступным, если не указано иное.
[00103] Толщина барьерных диэлектриков в последующих примерах и сравнительных примерах одинакова.
[00104] Превращение сероводорода в последующих примерах вычисляется по следующей формуле:
превращение сероводорода % = число молей превращенного сероводорода / число молей исходного сероводорода × 100%.
[00105] Потребление энергии, необходимой для разложения сероводорода, в последующих примерах измеряется путем измерения с помощью осциллографа и вычисления с использованием фигуры Лиссажу.
Пример 1
[00106] Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанное на Фиг. 1а, используется для осуществления реакции разложения сероводорода, причем конкретная конструкция и конструктивные параметры устройства для низкотемпературной плазменной реакции показаны ниже, внутренний электрод в этом примере представляет собой именно высоковольтный электрод.
[00107] Устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость, имеющую, соответственно, первое впускное отверстие, выпускное отверстие для газового продукта и выпускное отверстие для жидкого продукта, причем вся боковая стенка первой полости образована барьерным диэлектриком, а материал, формирующий барьерный диэлектрик, представляет собой твердое стекло;
вторую полость, расположенную снаружи вокруг первой полости, причем второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие соответственно расположены во второй полости;
внутренний электрод, расположенный в месте расположения центральной оси первой полости, причем материал, формирующий внутренний электрод, представляет собой нержавеющую сталь, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
наружный электрод, намотанный на наружную боковую стенку первой полости, причем материал, формирующий наружный электрод, представляет собой металлическую фольгу из нержавеющей стали, наружный электрод заземлен, причем нижний край внутреннего электрода в этом примере расположен ниже, чем нижний край наружного электрода;
2
1
1
3
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 6:1; а H:L=1:46;
объем первой полости устройства для осуществления реакции в этом примере составляет 0,2 л.
[00108] В этом примере газовая смесь поступает в первую полость устройства для осуществления реакции из верхней части первой полости устройства, газовый продукт выпускается через выпускное отверстие для газового продукта, расположенное в нижней части первой полости устройства, а элементарная сера выгружается из выпускного отверстия для жидкого продукта, расположенного в дне устройства; при этом теплопроводящая среда в этом примере вводится из нижней части второй полости устройства для осуществления реакции и выводится из верхней части второй полости устройства.
[00109] Этапы работы устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции являются следующими:
вводят азот в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия для продувки воздуха в области разряда и выпускают газ через выпускное отверстие для газового продукта и выпускное отверстие для жидкого продукта;
после этого, вводят теплопроводящую среду (в частности, диметилсиликоновое масло) во вторую полость из второго впускного отверстия, выпускают введенную теплопроводящую среду через второе выпускное отверстие и поддерживают температуру теплопроводящей среды на уровне 145°С;
2
2
затем вводят газовую смесь HS / Ar в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 20%;
2
регулируют скорость потока газовой смеси таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 9,5 с, причем давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции в этом примере поддерживают на уровне 0,03 МПа. После введения газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут, включают высоковольтный источник питания переменного тока (АС) и формируют поле плазменного разряда между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 16,8 кВ, частота 7,5 кГц, ток 0,75 А. Газообразный сероводород ионизируется в области разряда и разлагается на водород и элементарную серу, при этом элементарная сера, образующаяся при разряде, медленно протекает вниз вдоль первой стенки полости, а жидкие продукты выпускают с перерывами. Прореагировавший газ вытекает из выпускного отверстия для газового продукта.
2
2
2
2
[00110] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составляет 73,9%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, то есть как условия разряда, так и превращение HS остаются стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 13 эВ/молекулу HS (энергия, требуемая для разложения 1 молекулы HS, составляет 13 эВ).
Сравнительный пример 1
[00111] В сравнительном примере для осуществления реакции разложения сероводорода используют устройство для низкотемпературной плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 1, за исключением следующих аспектов:
3
заземляющий электрод в сравнительном примере представляет собой жидкий заземляющий электрод, который представляет собой смесь LiCl и AlCl в расплавленном состоянии в молярном соотношении 1:1, жидкий заземляющий электрод также является теплопроводящей средой, его поддерживают при температура 145°С и помещают во вторую полость устройства для осуществления реакции;
скорость потока смеси регулируют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 18,5 с;
объем первой полости устройства для осуществления реакции в сравнительном примере составляет 0,05 л.
[00112] Остальные части в сравнительном примере такие же, как и в примере 1.
[00113] Кроме того, для осуществления реакции разложения сероводорода в сравнительном примере используется тот же способ работы, что и в примере 1.
2
2
[00114] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в сравнительном примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составляет 15,6%; при этом после непрерывного разряда в течение 1,5 часов превращение HS снижается до 5,1%.
2
[00115] Потребление энергии, необходимой для разложения в этом сравнительном примере, составляют 102 эВ / молекулу HS.
Сравнительный пример 2
[00116] В этом сравнительном примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, аналогичное устройству в сравнительном примере 1, за исключением следующих аспектов:
2
1
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика в этом сравнительном примере составляет 0,08:1;
скоростью потока смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 7,3 с;
объем первой полости в сравнительном примере составляет 0,02 л.
[00117] Остальные части в сравнительном примере являются такими же, что и в сравнительном примере 1.
2
2
[00118] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в сравнительном примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составляет 17,1%; при этом после непрерывного разряда в течение 1,5 часов превращение HS снижается до 3,9%.
2
[00119] Потребление энергии, необходимой для разложения в этом сравнительном примере, составляют 125 эВ / молекулу HS.
Пример 2
[00120] В этом примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 1, за исключением того, что в этом примере:
все боковые стенки первой полости сформированы наружным электродом, причем материал, формирующий наружный электрод, представляет собой металлическую фольгу из нержавеющей стали, наружный электрод заземлен, а внутренний электрод подключен к высоковольтному источнику питания;
барьерный диэлектрик расположен на внутренней боковой стенке первой полости, окружая ее;
2
1
1
3
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 20:1; и H:L=1:100.
2
2
2
[00121] В этом примере газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 30%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 7,8 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции в этом примере поддерживалось на уровне 0,04 МПа. После подачи газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 19,8 кВ, частота 10,5 кГц, ток 1,25А.
[00122] Остальные части в примере такие же, что и в примере 1.
2
2
2
[00123] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 72,8%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 14,2 эВ / молекулу HS.
Пример 3
[00124] В этом примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 1, за исключением того, что в этом примере:
все боковые стенки первой полости сформированы наружным электродом, причем материал, формирующий наружные электроды, представляет собой медную фольгу, наружный электрод заземлен, а внутренний электрод подключен к высоковольтному источнику питания;
барьерный диэлектрик расположен на внутренней боковой стенке первой полости, окружая ее;
2
1
1
3
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 0,5:1; и H:L=1:200.
2
2
2
[00125] В этом примере газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 25%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 10,3 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции в этом примере поддерживалось на уровне 0,05 МПа. После подачи газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 12,8 кВ, частота 4,7 кГц, ток 1,12 А.
[00126] Остальные части в примере такие же, как и в примере 1.
2
2
2
[00127] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 73,2%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 14,8 эВ / молекулу HS.
Пример 4
[00128] В этом примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 1, за исключением того, что в этом примере:
2
1
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 35:1.
[00129] Остальные части в этом примере такие же, что и в примере 1.
2
2
2
[00130] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 71,6%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 22,3 эВ / молекулу HS.
Пример 5
[00131] Устройство для осуществления плазменной реакции, изображенное на Фиг. 2а, используется для осуществления реакции разложения сероводорода, при этом конкретная конструкция и конструктивные параметры устройства для осуществления плазменной реакции являются следующими:
устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость, имеющую, соответственно, первое впускное отверстие, выпускное отверстие для газового продукта и выпускное отверстие для жидкого продукта;
вторую полость, расположенную снаружи вокруг первой полости, и второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие, расположенные, соответственно, во второй полости;
внутренний электрод, расположенный в месте расположения центральной оси первой полости, причем материал, формирующий внутренний электрод, представляет собой нержавеющую сталь, при этом
внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
наружный электрод, расположенный на внутренней боковой стенке первой полости, причем материал, формирующий наружный электрод, представляет собой металлическую фольгу из нержавеющей стали, при этом наружный электрод заземлен, а нижний край внутреннего электрода в примере расположен ниже, чем нижний край твердого заземляющего электрода;
барьерный диэлектрик, расположенный на наружной поверхности внутреннего электрода, причем часть внутреннего электрода, которая проходит в первую полость, покрыта барьерным диэлектриком, а верхний край барьерного диэлектрика расположен выше, чем верхний край твердого заземляющего электрода, при этом материал, формирующий барьерный диэлектрик, представляет собой твердое стекло.
2
1
1
3
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 8:1; а Н:L=1:40;
объем первой полости устройства для осуществления реакции в этом примере составляет 0,2 л.
[00132] В этом примере газовая смесь поступает в первую полость устройства для осуществления реакции из верхней части первой полости устройства, газовый продукт выпускают через выпускное отверстие для газового продукта, расположенное в нижней части первой полости устройства, а элементарную серу выгружают из выпускного отверстия для жидкого продукта, расположенного в дне устройства для осуществления реакции; при этом теплопроводящую среду в настоящем варианте выполнения вводят из нижней части второй полости устройства для осуществления реакции и выводят из верхней части второй полости устройства.
[00133] Этапы работы устройства для осуществления плазменной реакции следующие:
вводят азот в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия для продувки воздуха в области разряда и выпускают газа через выпускное отверстие для газового продукта и выпускное отверстие для жидкого продукта;
после этого вводят теплопроводящую среду (в частности, диметилсиликоновое масло) во вторую полость из второго впускного отверстия, выпускают введенную теплопроводящую среду через второе выпускное отверстие и поддерживают температуру теплопроводящей среды на уровне 145°С.
2
2
2
[00134] Затем газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции через первое впускное отверстие, причем объемная доля HS составляет 20%; управляют скоростью потока газовой смеси таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 9,2 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции в этом примере поддерживалось бы на уровне 0,03 МПа. После введения газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут, включают высоковольтный источник питания переменного тока и формируют поле плазменного разряда между внутренним электродом и твердым заземжющим электродом путем регулировки напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 18,5 кВ, частота 1,5 кГц, ток 1,05 А. Газообразный сероводород ионизируется в области разряда и разлагается на водород и элементарную серу, при этом элементарная сера, образующаяся при разряде, медленно протекает вниз вдоль первой стенки полости и вытекает из выпускного отверстия для жидкого продукта. Прореагировавший газ вытекает из выпускного отверстия для газового продукта.
2
2
2
2
[00135] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 74,2%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 12,5 эВ / молекулу HS (энергия, потребляемая при разложении 1 молекулы HS, составляет 12,5 эВ).
Сравнительный пример 3
[00136] В этом сравнительном примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 5, за исключением следующих аспектов:
3
заземляющий электрод в сравнительном примере представляет собой жидкий заземляющий электрод, который представляет собой смесь LiCl и AlCl в расплавленном состоянии в молярном соотношении 1: 1, причем жидкий заземляющий электрод также является теплопроводящей средой и его поддерживают при температура 145°С и помещают во вторую полость устройства для осуществления реакции;
скоростью потока смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 20,1 с;
объем первой полости устройства для осуществления реакции в сравнительном примере составляет 0,05 л.
[00137] Остальные части сравнительного примера такие же, как и в примере 5.
[00138] Кроме того, в сравнительном примере используется тот же способ работы для осуществления реакции разложения сероводорода, что и в примере 5.
2
2
[00139] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в сравнительном примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составляет 16,0%; при этом после непрерывного разряда в течение 1,5 часов превращение HS снижается до 6,3%.
2
[00140] Потребление энергии, необходимой для разложения в этом сравнительном примере, составляют 105 эВ / молекулу HS.
Сравнительный пример 4
[00141] В сравнительном примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления плазменной реакции, аналогичное устройству в сравнительном примере 3, за исключением следующих аспектов:
2
1
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика в сравнительном примере составляет 0,08:1;
скоростью потока смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 17,3 с;
объем первой полости в этом сравнительном примере составляет 0,02 л.
[00142] Остальные части сравнительного примера такие же, как и в сравнительном примере 3.
Пример 6
[00145] В этом примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 5, за исключением того, что в этом примере:
вся боковая стенка первой полости сформирована наружным электродом, причем материал, формирующий наружный электрод, представляет собой металлическую фольгу из нержавеющей стали, наружный электрод заземлен, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
2
1
1
3
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 25:1; и H:L=1:120.
2
2
2
[00146] В этом примере газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость устройства для осуществления плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 30%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 8,5 с, а давление реакции в первой полости реактора в этом примере поддерживалось на уровне 0,04 МПа. После введения газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 19,5 кВ, частота 5,5 кГц, ток 1,45 А.
[00147] Остальные части примера такие же, как и в примере 5.
2
2
2
[00148] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 73,5%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 13,2 эВ / молекулу HS.
Пример 7
[00149] В этом примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 5, за исключением того, что в этом примере:
наружный электрод расположен на внутренней боковой стенке первой полости, материал, формирующий наружный электрод, представляет собой медную фольгу, наружный электрод заземлен, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
барьерный диэлектрик расположен на наружной поверхности внутреннего электрода, а часть внутреннего электрода, проходящая в первую полость, покрыта барьерным диэлектриком, при этом верхний край барьерного диэлектрика расположен выше, чем верхний край наружного электрода, а материал, формирующий барьерный диэлектрик, представляет собой керамический материал;
2
1
1
2
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 0,7:1; a H:L=1:250.
2
2
2
[00150] В этом примере газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 25%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 12,5 с, а давление реакции в первой полости реактора в этом примере поддерживалось на уровне 0,05 МПа. После введения газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 8,5 кВ, частота 2,5 кГц, ток 1,08 А.
[00151] Остальные части примера такие же, как и в примере 5.
2
2
2
[00152] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 73,8%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 13,8 эВ / молекулу HS.
Пример 8
[00153] В этом примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 5, за исключением того, что в этом примере:
2
1
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 35:1.
[00154] Остальные части примера такие же, как и в примере 5.
2
2
2
[00155] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 71,0%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 23,8 эВ / молекулу HS.
Пример 9
[00156] Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанное на Фиг. 3а, используется для осуществления реакции разложения сероводорода, при этом конкретная конструкция и конструктивные параметры устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции являются следующими:
устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость, имеющую, соответственно, первое впускное отверстие, выпускное отверстие для газового продукта и выпускное отверстие для жидкого продукта, причем боковая стенка первой полости сформирована наружным электродом, материал, формирующий наружный электрод, представляет собой металлическую фольгу из нержавеющей стали, а наружный электрод заземлен;
вторую полость, расположенную снаружи вокруг первой полости, и второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие, расположенные, соответственно, во второй полости;
внутренний электрод, расположенный в месте расположения центральной оси первой полости, причем материал, формирующий внутренний электрод, представляет собой нержавеющую сталь, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
нижний край внутреннего электрода в этом примере расположен ниже, чем нижний край твердого заземляющего электрода;
барьерный диэлектрик, причем материал, формирующий барьерный диэлектрик, представляет собой твердое стекло;
2
1
1
3
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 6:1; а Н:L=1:46;
объем первой полости устройства для осуществления реакции в этом примере составляет 0,2 л.
[00157] В этом примере газовую смесь вводят в первую полость устройства для осуществления реакции из верхней части первой полости устройства, газовый продукт выпускают через выпускное отверстие для газового продукта, расположенное в нижней части первой полости устройства, а элементарную серу выгружают из выпускного отверстия для жидкого продукта, расположенного в дне устройства для осуществления реакции; теплопроводящую среду в настоящем варианте выполнения вводят из нижней части второй полости устройства для осуществления реакции и выводят из верхней части второй полости устройства.
[00158] Этапы работы устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции следующие:
вводят азот в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия для продувки воздуха в области разряда и выпускают газа через выпускное отверстие для газового продукта и выпускное отверстие для жидкого продукта;
после этого вводят теплопроводящую среду (в частности, диметилсиликоновое масло) во вторую полость из второго впускного отверстия, выпускают введенную теплопроводящую среду через второе выпускное отверстие и поддерживают температуру теплопроводящей среды на уровне 145°С.
2
2
2
[00159] Затем газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции через первое впускное отверстие, причем объемная доля HS составляет 20%; управляют скоростью потока газовой смеси таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 11,2 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции в этом примере поддерживалось на уровне 0,03 МПа. После подачи газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока и формируют поле плазменного разряда между внутренним электродом и твердым заземжющим электродом путем регулировки напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 17,2 кВ, частота 8,5 кГц, ток 0,80 А. Газообразный сероводород ионизируется в области разряда и разлагается на водород и элементарную серу, при этом элементарная сера, образующаяся при разряде, медленно протекает вниз вдоль первой стенки полости и периодически вытекает из выпускного отверстия для жидкого продукта. Прореагировавший газ вытекает из выпускного отверстия для газового продукта.
2
2
2
[00160] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 74,1%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 13,2 эВ / молекулу HS.
Сравнительный пример 5
[00161] В этом сравнительном примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 9, за исключением следующих аспектов:
3
заземляющий электрод в этом сравнительном примере представляет собой жидкий заземляющий электрод, который представляет собой смесь LiCl и AlCl в расплавленном состоянии в молярном соотношении 1:1, жидкий заземляющий электрод также является теплопроводящей средой, его поддерживают при температуре 145°С и помещают во вторую полость устройства для осуществления реакции;
скоростью потока смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 18,5 с;
объем первой полости устройства для осуществления реакции в этом сравнительном примере составляет 0,05 л.
[00162] Остальные части в этом сравнительном примере такие же, как и в примере 9.
[00163] Кроме того, в этом сравнительном примере используется тот же способ работы для осуществления реакции разложения сероводорода, что и в примере 9.
2
2
[00164] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в сравнительном примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составляет 15,4%; при этом после непрерывного разряда в течение 1,5 часов превращение HS снижается до 5,0%.
2
[00165] Потребление энергии, необходимой для разложения в этом сравнительном примере, составляют 104 эВ / молекулу HS.
Сравнительный пример 6
[00166] В этом сравнительном примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, аналогичное устройству в сравнительном примере 5, за исключением следующих аспектов:
2
1
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика в этом сравнительном примере составляет 0,08:1;
скоростью потока смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в зоне разряда составляло 16,9 с;
объем первой полости в настоящем сравнительном примере составляет 0,02 л.
[00167] Остальные части в этом сравнительном примере такие же, что и в сравнительном примере 5.
2
2
[00168] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в сравнительном примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составляет 19,4%; при этом после непрерывного разряда в течение 1,5 часов превращение HS снижается до 5,1%.
2
[00169] Потребление энергии, необходимой для разложения в этом сравнительном примере, составляют 147 эВ / молекулу HS.
Пример 10
[00170] В этом примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 9, за исключением того, что в этом примере:
наружный электрод расположен на внутренней боковой стенке первой полости, материал, формирующий наружный электрод, представляет собой металлическую фольгу из нержавеющей стали, наружный электрод заземлен, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
2
1
1
3
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 20:1; а H:L=1:300.
2
2
2
[00171] В этом примере газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость устройства для осуществления плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 30%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 9,6 с, а давление реакции в первой полости реактора в этом примере поддерживалось на уровне 0,04 МПа. После введения газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 18,5 кВ, частота 10,5 кГц, ток 1,05А.
[00172] Остальные части в этом примере такие же, что и в примере 9.
2
2
2
[00173] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 73,4%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 14,1 эВ / молекулу HS.
Пример 11
[00174] Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, изображенное на Фиг. 4а, используется для осуществления реакции разложения сероводорода, а конкретная конструкция и конструктивные параметры устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции являются следующими:
устройство для осуществления реакции содержит:
первую полость, имеющую, соответственно, впускное отверстие, выпускное отверстие для газового продукта и выпускное отверстие для жидкого продукта, четыре реакционные трубки, расположенные параллельно друг другу в первой полости, причем верх и низ каждой реакционной трубки, соответственно, сообщаются, так что сырье, подаваемое из впускного отверстия устройства для осуществления реакции, может поступать, соответственно, в каждую реакционную трубку, при этом газообразные продукты, образующиеся в каждой реакционной трубке, могут быть выпущены через выпускное отверстие для газового продукта, а жидкие продукты, образующиеся в каждой реакционной трубке, могут быть выпущены через выпускное отверстие для жидкого продукта, при этом четыре реакционные трубки полностью идентичны по размеру, все боковые стенки реакционных трубок сформированы барьерным диэлектриком, а материалом, формирующим барьерный диэлектрик, является твердое стекло;
вторую полость, расположенную снаружи вокруг первой полости, причем второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие расположены, соответственно, во второй полости, причем теплопроводящая среда, вводимая из второго впускного отверстия, может распределяться между реакционными трубками первой полости, при этом теплопроводящая среда выпускается через второе выпускное отверстие;
внутренние электроды, расположенные, соответственно, в местах расположения центральной оси реакционных трубок, причем материал, формирующий внутренние электроды, представляет собой нержавеющую сталь, внутренние электроды в реакционных трубках соединены параллельно, причем внутренние электроды соединены с высоковольтным источником питания;
наружные электроды, расположенные, соответственно, на наружных боковых стенках реакционных трубок, окружая их, причем материал, формирующий наружные электроды, представляет собой металлическую фольгу из нержавеющей стали, наружные электроды заземлены, а нижние края внутренних электродов в этом примере находятся заподлицо с нижними краями наружных электродов.
2
1
1
3
Отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 8:1; а H:L=1: 32;
Объем первой полости всего устройства для осуществления реакции в этом примере составляет 1 л.
[00175] В этом варианте выполнения газовая смесь поступает в первую полость устройства для осуществления реакции из верхней части первой полости устройства, газовый продукт выпускается через выпускное отверстие для газового продукта, расположенное в нижней части первой полости устройства, а элементарная сера выгружается из выпускного отверстия для жидкого продукта, расположенного в дне устройства; при этом теплопроводящая среда в настоящем варианте выполнения вводится из нижней части второй полости устройства для осуществления реакции и выводится из верхней части второй полости устройства.
[00176] Этапы работы:
вводят азот в первую полость высокопоточного устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из впускного отверстия устройства для продувки воздуха в области разряда и выпускают газ из выпускного отверстия для газового продукта и выпускного отверстия для жидкого продукта; после этого вводят теплопроводящую среду (в частности, диметилсиликоновое масло) во вторую полость из второго впускного отверстия, выпускают введенную теплопроводящую среду через второе выпускное отверстие и поддерживают температуру теплопроводящей среды на уровне 145°С;
2
2
после этого вводят газовую смесь HS / Ar в первую полость высокопоточного устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из впускного отверстия устройства, причем объемная доля HS составляет 65%;
2
управляют скоростью потока газовой смеси таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 9,7 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции в этом примере поддерживалось на уровне 0,15 МПа. После введения газовой смеси HS / Ar в устройства для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока и формируют поле плазменного разряда между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 13,8 кВ, частота 0,8 кГц, ток 2,2А. Газообразный сероводород ионизируется в области разряда и разлагается на водород и элементарную серу, при этом элементарная сера, образующаяся при разряде, медленно протекает вниз вдоль первой стенки полости и вытекает из выпускного отверстия для жидкого продукта. Прореагировавший газ вытекает из выпускного отверстия для газового продукта.
2
2
2
2
[00177] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 73,6%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 14,2 эВ / молекулу HS (энергия, потребляемая при разложении 1 молекулы HS, составляет 14,2 эВ). Сравнительный пример 7
[00178] В этом сравнительном примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 11, за исключением следующих аспектов:
3
заземляющий электрод в этом сравнительном примере представляет собой жидкий заземляющий электрод, который представляет собой смесь LiCl и AlCl в расплавленном состоянии в молярном соотношении 1: 1, жидкий заземляющий электрод также является теплопроводящей средой, его поддерживают при температура 145°С и помещают во вторую полость устройства для осуществления реакции;
скоростью потока смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 20,5 с;
объем первой полости устройства для осуществления реакции в этом сравнительном примере составляет 0,05 л.
[00179] Остальные части в этом сравнительном примере такие же, что и в примере 11.
[00180] Кроме того, в этом сравнительном примере используется тот же способ работы для осуществления реакции разложения сероводорода, что и в примере 11.
2
2
[00181] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в сравнительном примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составляет 14,9%; при этом после непрерывного разряда в течение 1,5 часов превращение HS снижается до 6,9%.
2
[00182] Потребление энергии, необходимой для разложения в этом сравнительном примере, составляют 111 эВ / молекулу HS.
Сравнительный пример 8
[00183] В этом сравнительном примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, аналогичное устройству в сравнительном примере 7, за исключением следующих аспектов:
2
1
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика в этом сравнительном примере составляет 0,08:1;
скоростью потока смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 18,4 с;
объем первой полости в настоящем сравнительном примере составляет 0,02 л.
[00184] Остальные части в этом сравнительном примере такие же, что и в сравнительном примере 7.
2
2
[00185] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в сравнительном примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составляет 21,7%; при этом после непрерывного разряда в течение 1,5 часов превращение HS снижается до 7,8%.
2
[00186] Потребление энергии, необходимой для разложения в этом сравнительном примере, составляют 151 эВ / молекулу HS.
Пример 12
[00187] В этом примере для осуществления реакции разложения сероводорода используется устройство для осуществления плазменной реакции, аналогичное устройству в примере 11, за исключением того, что в этом примере:
2
1
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 35:1.
[00188] Остальные части в этом примере такие же, что и в примере 11.
2
2
2
[00189] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 67,2%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 23,6 эВ / молекулу HS.
Пример 13
[00190] Реакцию разложения сероводорода выполняют с использованием устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 1b, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции в этом примере отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 1а в примере 1 следующими аспектами:
в этом примере вторая полость расположена внутри первой полости, а боковые стенки первой полости сформированы барьерным диэлектриком, наружный электрод расположен на наружной боковой стенке первой полости, окружая ее, при этом материал, формирующий наружный электрод, представляет собой металлическую фольгу из нержавеющей стали, а наружный электрод заземлен;
вся боковая стенка второй полости сформирована внутренним электродом, при этом материал, формирующий внутренний электрод, представляет собой нержавеющую сталь, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
2
1
1
3
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 20:1; а H:L=1:100.
[00191] Остальные части конкретной конструкции и конструктивные параметры в этом примере такие же, что и в примере 1.
2
2
2
[00192] В этом примере газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 30%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 16,7 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции поддерживалось на уровне 0,2 МПа. После введения газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 21,3 кВ, частота 8,0 кГц, ток 1,17А.
[00193] Остальные части в этом примере такие же, как и в примере 1.
2
2
2
[00194] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 79,5%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 11,3 эВ / молекулу HS.
Пример 14
[00195] Реакция разложения сероводорода выполняется с использованием устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 1с, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции в этом примере отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 1а в примере 1 следующими аспектами:
в этом примере вторая полость расположена внутри первой полости, а боковые стенки первой полости сформированы наружным электродом, причем материал, формирующий наружный электрод, представляет собой медную фольгу, а наружный электрод заземлен;
в этом примере третья полость расположена снаружи первой полости, боковая стенка третьей полости выполнена из нержавеющей стали, теплопроводящая среда в третьей полости такая же, что и во второй полости, а температура теплопроводящей среды поддерживается при 230°С;
боковые стенки первой полости сформированы барьерным диэлектриком, твердый заземляющий электрод расположен на наружной боковой стенке первой полости, окружая ее, причем материал, формирующий твердый заземляющий электрод, представляет собой медную фольгу;
вся боковая стенка второй полости сформирована внутренним электродом, причем материал, формирующий внутренний электрод, представляет собой нержавеющую сталь, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
2
1
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 0,5:1;
1
3
a H:L=1:200.
[00196] Остальные части конкретной конструкции и конструктивные параметры в этом примере такие же, что и в примере 1.
2
2
2
2
2
[00197] В этом примере газовую смесь HS / CO вводят в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 25%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 11,5 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции поддерживалось на уровне 0,1 МПа. После введения газовой смеси HS / CO в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 13,5 кВ, частота 2,4 кГц, ток 1,34 А.
[00198] Остальные части в этом примере такие же, что и в примере 1.
2
2
2
[00199] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 76,7%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 12,9 эВ / молекулу HS.
Пример 15
[00200] Реакция разложения сероводорода выполняется с использованием устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 2b, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции в этом примере отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 2а в примере 5 следующими аспектами:
в этом примере вторая полость расположена внутри первой полости, а
наружный электрод расположен на внутренней боковой стенке первой полости, окружая ее, причем материал, формирующий наружный электрод, представляет собой металлическую фольгу из нержавеющей стали, а наружный электрод заземлен;
вся боковая стенка второй полости сформирована внутренним электродом, причем материал, формирующий внутренний электрод, представляет собой нержавеющую сталь, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
кроме того, температура теплопроводящей среды в этом примере поддерживается на уровне 182°С,
барьерный диэлектрик расположен на наружной боковой стенке второй полости, окружая ее;
2
1
1
3
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 25:1; а H:L=1:120.
[00201] Остальные части этой конкретной конструкции и конструктивные параметры в этом примере такие же, что и в примере 5.
2
2
2
[00202] В этом примере газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость устройства для осуществления плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 30%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 10,7 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции поддерживалось на уровне 0,21 МПа. После введения газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 25,1 кВ, частота 13,3 кГц, ток 0,86 А.
[00203] Остальные части в этом примере такие же, что и в примере 5.
2
2
2
[00204] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 77,5%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 10,3 эВ / молекулу HS.
Пример 16
[00205] Реакция разложения сероводорода выполняется с использованием устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 2с, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции в этом примере отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 2а в примере 5 следующими аспектами:
в этом примере вторая полость расположена внутри первой полости, наружный электрод расположен на внутренней боковой стенке первой полости, материал, формирующий наружный электрод, представляет собой медную фольгу, причем наружный электрод заземлен;
вся боковая стенка второй полости сформирована внутренним электродом, причем материал, формирующий внутренний электрод, представляет собой нержавеющую сталь, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
барьерный диэлектрик расположен на наружной поверхности части внутреннего электрода, проходящей в первую полость, при этом верхний край барьерного диэлектрика расположен выше, чем верхний край твердого заземляющего электрода, а материал, формирующий барьерный диэлектрик, представляет собой керамический материал;
в этом примере третья полость расположена снаружи первой полости, боковая стенка третьей полости выполнена из нержавеющей стали, а теплопроводящая среда в третьей полости такая же, как и во второй полости.
2
1
1
3
Отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 0,7:1; a H:L=1:250.
[00206] Остальные части этой конкретной конструкции и конструктивные параметры в этом примере такие же, что и в примере 5.
2
2
2
[00207] В этом примере газовую смесь HS / СО вводят в первую полость устройства для осуществления плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 25%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 3,0 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции поддерживалось на уровне 0,16 МПа. После введения газовой смеси HS / СО в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 5,1 кВ, частота 900 Гц, ток 1,15А.
[00208] Остальные части в этом примере такие же, что и в примере 5.
2
2
2
[00209] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 76,9%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 12,7 эВ / молекулу HS.
Пример 17
[00210] Реакция разложения сероводорода выполняется с использованием устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 3b, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции в этом примере отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 3а в примере 9 следующими аспектами:
в этом примере вторая полость расположена внутри первой полости, а наружный электрод расположен на внутренней боковой стенке первой полости, окружая ее, причем материал, формирующий наружный электрод, представляет собой металлическую фольгу из нержавеющей стали, а наружный электрод заземлен;
вся боковая стенка второй полости сформирована внутренним электродом, причем материал, формирующий внутренний электрод, представляет собой нержавеющую сталь, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
барьерный диэлектрик расположен между твердым заземляющим электродом и высоковольтным электродом и не контактирует непосредственно с твердым заземляющим электродом и высоковольтным электродом;
2
1
1
3
отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 20: 1; а H:L=1:300.
[00211] Остальные части этой конкретной конструкции и конструктивные параметры в этом примере такие же, что и в примере 9.
2
2
2
2
2
[00212] В этом примере газовую смесь HS / Н вводят в первую полость устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 30%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 11,4 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции поддерживалось на уровне 0,08 МПа. После введения газовой смеси HS / Нв устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 25,4 кВ, частота 10,5 кГц, ток 0,94 А.
[00213] Остальные части в этом примере такие же, что и в примере 9.
2
2
2
[00214] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 76,2%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 10,5 эВ / молекулу HS.
Пример 18
[00215] Реакция разложения сероводорода выполняется с использованием устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 3с, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции в этом примере отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 3а в примере 9 следующими аспектами:
в этом примере вторая полость расположена внутри первой полости, наружный электрод расположен на внутренней боковой стенке первой полости, причем материал, формирующий наружный электрод, представляет собой медную фольгу, а наружный электрод заземлен;
вся боковая стенка второй полости сформирована внутренним электродом, причем материал, формирующий внутренний электрод, представляет собой нержавеющую сталь, а внутренний электрод соединен с высоковольтным источником питания;
в этом примере третья полость расположена снаружи первой полости, боковая стенка третьей полости выполнена из нержавеющей стали, а теплопроводящая среда в третьей полости такая же, что и во второй полости.
2
1
1
3
Отношение L к толщине D барьерного диэлектрика составляет 0,5: 1; a H:L=1:280.
[00216] Остальные части этой конкретной конструкции и конструктивные параметры в этом примере такие же, что и в примере 9.
2
2
2
[00217] В этом примере газовую смесь HS / СО вводят в первую полость устройства для осуществления плазменной реакции из первого впускного отверстия, причем объемная доля HS составляет 5%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 3,0 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции поддерживалось на уровне 0,24 МПа. После подачи газовой смеси HS / СО в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 10,7 кВ, частота 900 Гц, сила тока 1,95 А.
[00218] Остальные части в этом примере такие же, что и в примере 9.
2
2
2
[00219] Результаты: после непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 78,7%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 13,5 эВ / молекулу HS.
Пример 19
[00220] Реакция разложения сероводорода выполняется с использованием устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 4b, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции в этом примере отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 4а в примере 11 следующими аспектами:
в этом примере вторая полость расположена внутри первой полости;
вся боковая стенка второй полости сформирована внутренними электродами, причем материал, формирующий внутренние электроды, представляет собой нержавеющую сталь, а внутренние электроды соединены с высоковольтным источником питания;
барьерный диэлектрик расположен на внутренней боковой стенке первой полости, окружая ее, причем наружный электрод формирует боковую стенку первой полости и наружные электроды заземлены;
остальные части этой конкретной конструкции и конструктивные параметры в этом примере такие же, что в примере 11.
2
2
2
[00221] В этом примере газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость высокопоточного устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из впускного отверстия устройства, причем объемная доля HS составляет 45%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 0,9 с. После введения газовой смеси HS / Ar в устройства для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 12,7 кВ, частота 1,0 кГц и ток 4,1 А. Газообразный сероводород ионизируется в области разряда и разлагается на водород и элементарную серу, при этом элементарная сера, образующаяся при разряде, медленно протекает вниз по стенке первой полости и вытекает из выпускного отверстия для жидкого продукта. Прореагировавший газ вытекает из выпускного отверстия для газового продукта.
[00222] Остальные части в этом примере такие же, что и в примере 11.
2
2
2
2
[00223] После непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 77,6%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 19,9 эВ / молекулу HS (энергия, требуемая для разложения 1 молекулы HS, составляет 19,3 эВ).
Пример 20
[00224] Реакция разложения сероводорода выполняется с использованием устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 4с, причем устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции в этом примере отличается от устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, показанного на Фиг. 4а в примере 11 следующими аспектами:
в этом примере вторая полость расположена внутри первой полости;
вся боковая стенка второй полости сформирована внутренними электродами, причем материал, формирующий внутренние электроды, представляет собой нержавеющую сталь, а внутренние электроды соединены с высоковольтным источником питания;
в этом примере третья полость расположена снаружи первой полости, боковая стенка третьей полости выполнена из нержавеющей стали, а теплопроводящая среда в третьей полости такая же, как и во второй полости;
остальные части этой конкретной конструкции и конструктивные параметры в этом примере такие же, как в примере 11.
2
2
2
[00225] В этом примере газовую смесь HS / Ar вводят в первую полость высокопоточного устройства для осуществления низкотемпературной плазменной реакции из впускного отверстия устройства, причем объемная доля HS составляет 65%, скоростью потока газовой смеси управляют таким образом, чтобы среднее время пребывания газа в области разряда составляло 0,9 с, а давление реакции в первой полости устройства для осуществления реакции поддерживалось на уровне 0,07 МПа. После введения газовой смеси HS / Ar в устройство для осуществления реакции в течение 30 минут включают высоковольтный источник питания переменного тока, при этом между внутренним электродом и твердым заземляющим электродом формируется поле плазменного разряда путем регулирования напряжения и частоты высоковольтного источника питания. При этом условия разряда следующие: напряжение 10,4 кВ, частота 1,2 кГц и ток 3,1 А. Газообразный сероводород ионизируется в области разряда и разлагается на водород и элементарную серу, при этом элементарная сера, образующаяся при разряде, медленно протекает вниз по стенке первой полости и вытекает из выпускного отверстия для жидкого продукта. Прореагировавший газ вытекает из выпускного отверстия для газового продукта.
[00226] Остальные части в этом примере такие же, что и в примере 11.
2
2
2
2
[00227] После непрерывного осуществления реакции разложения сероводорода в этом примере в течение 20 минут измеренное превращение HS составило 78,4%; при этом после выполнения непрерывного разряда в течение 100 часов никаких отклонений от нормы не обнаружено, при этом как условия разряда, так и превращение HS оставались стабильными. Кроме того, потребление энергии, необходимой для разложения в этом примере, составляет 17,9 эВ / молекулу HS (энергия, требуемая для разложения 1 молекулы HS, составляет 17,9 эВ).
[00228] Из приведенных выше результатов видно, что превращение сероводорода может быть значительно улучшено по сравнению с предшествующим уровнем техники, когда устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции, предусмотренное изобретением, используется для разложения сероводорода, при этом устройство для осуществления реакции, предложенное изобретением, может поддерживать высокое превращение сероводорода с низким потреблением энергии на разложение в течение длительного периода времени.
[00229] Приведенное выше содержание подробно описывает предпочтительные варианты выполнения изобретения, но изобретение ими не ограничивается. Различные простые модификации могут быть выполнены в отношении технических решений изобретения в рамках технической концепции изобретения, включая комбинацию отдельных технических характеристик любым другим подходящим способом, причем такие простые модификации и их комбинации также должны рассматриваться как содержание, раскрытое в изобретении, при этом каждая из них подпадает под объем защиты изобретения.