专利名称：一种常压微波放电反应器及其在氮氧化合物脱除中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及直接引发常压微波放电及其在环保中的应用。特别是无需引发电极和其它引发材质，实现了常压微波稳定放电；并在大量氧存在条件下，无需催化剂，无需添加剂，一步将大量NOx转化为N2和O2。
利用电晕放电脱除气体污染物是一种众所周知的方法。Puchkarev等人在1994年国际等离子会议上全面阐述了“有毒气体在放电条件下的消除”的研究。Ser.No.08/29595专利中探讨了放电对液体污染物的消除，并被Hughes Aircraft公司推广应用。Yamamoto等人也描述了通过脉冲电晕放电消除VOC(挥发性有机化合物)等废物。U.S.Pat.No.4695358也指出了用直流高压放电脱除废气中SOx和NOx，我国专利CN.96199441.x中也用高压电场放电脱除NOx。U.S.Pat.No.5807466和U.S.Pat.No.5084078中利用燃油在电晕放电状态下脱除NOx。以上放电技术都属于直流高压放电，显示了其转化率较高的优势，但缺点明显，正如Wang等人在U.S.Pat.No.5807466中指出的其能量利用率较低。
G.E.Vogtlin和B.M.Penetrate等人在“电晕放电脱除NOx”一文中总结了直流高压放电脱除NOx的过程，即首先在大量氧气条件下将NO转化为NO2，然后通过加入NH3或烃类来吸收NO2，形成硝酸类盐，再用除尘器或过滤器除去固体盐颗粒。此法缺点是需加入添加剂来除去NOx，且形成的固体盐粒仍需处理，能量利用率也较低；同时放电电极的损耗以及电极污染等问题也待解决。
J.H.Hang和S.L.Suib等人在负压条件下用微波放电裂解甲烷，甲烷转化率可达90％，但负压放电增加了操作设备并且不利于其工业应用。我国中科院金属研究所曹丽华等人在专利No.94110112中，用耐高温陶瓷制成的介质来引发微波放电。我们也曾实现了用电极引发微波放电，并用此来裂解CH4制乙炔，乙炔收率达60％，但实验中存在电极严重烧蚀现象。
微波放电较直流高压放电相比，前者的活性组份(电子，正负离子及自由基)在放电区随电磁场作高频震荡，因而获得了大量能量，其温度也很高，而整体气体平均温度很低，这可大大提高能量利用率；后者的活性组份在放电区则不作震荡或震荡频率很低，故而活性基团与整体平均温度相差不是很大，这在一定程度上限制了其应用，特别是在化工方面的应用。
本发明的目的在于提供一种常压微波放电反应器，其可以无需任何引发材质，直接在气体中获得稳定的常压微波放电，特别适用于NOx的无害脱除。
本发明提供了一种常压微波放电反应器，由微波馈入机构、化学反应器两部分组成，其特征在于所述化学反应器为石英材质的双层结构，内层石英管(2)为锥形，尖端是封闭的，外层石英管(1)为圆柱形，两层间的夹套形成气体通道；内层石英管(2)锥形尖端下，设有一个与外层石英管(1)固接的石英栅(4)，石英栅(4)上放置一层石英棉(3)。
本发明的特殊结构设计，使得由微波引发的放电集中均匀分布在反应器内层锥尖和石英小栅之间。另外，本发明将原料气引入放电区作为激发气体，用微波激发其放电，微波放电功率由气体流量决定，从而可以实现常压稳定连续放电。由于本发明用微波引发的放电气体中活性基团(电子，正负离子，自由基)温度很高，具有极大活性，便于同其它物质反应或促进其它物质间的反应。同时放电气体的平均温度很低，整体气体平均能耗小，有利于控制反应进行的程度，能够使反应停留在中间体状态。因而适合于化工领域，特别是适用于NOx的无害脱除。具体地说，本发明可以首先将含NO和大量O2的混合气体通入石英放电器中，通过此特殊的放电反应器使其在微波条件下放电，进而将60％以上NOx转化为N2和O2。
本发明无电极及添加剂等二次污染，不存在催化剂中毒现象。所需微波装置已有成熟的生产技术条件，有利于工艺放大。原料气体中NOx含量与现实废气中NOx含量接近，甚至偏高。所需放电反应器也简单易做，反应中不需加入其它物质，操作工艺简单，对于脱除NOx来说，用微波放电法已显示了可观的前景，并有可能进行大范围应用。
下面通过实例详述本发明。
附
图1.常压微波放电反应器示意图附图2.在大量氧存在时，微波输入功率对放电脱除NOx的影响实施例1.
如图1所示，由波导(8)、耦合窗(9)、调谐活塞(11)构成微波谐振腔，反应器垂直穿过谐振腔，为防止微波能的泄漏，设置有防泄漏环(10)，用双层石英管制作放电反应器，内层石英管(2)为锥形，锥尖封闭，锥底外径6mm；在内层石英管(2)锥尖下20mm处有一石英栅(4)，其与外层石英管(1)烧结在一起，有一层石英棉(3)放在石英栅(4)上。外层石英管(1)为内径为10mm的圆柱。气体沿内外石英管夹套中导入放电反应器。放电区位于内层石英管(2)锥尖至石英栅(4)之间。反应气由反应气入口(5)进入，产物气由产物气出口(6)逸出，(7)为放电形成的电弧。所用放电气体中O20-4％，气体总流量40-120ml/min。
实施例2.无氧条件下，微波放电脱除NO实例中气氛为NO，2000ppm；其余为He，气体总流量为60ml/min，放电稳定一小时后，用气相色谱和五组份分析仪测产物组成。
实施例3.大量氧存在时，微波放电脱除NOx实例中气氛为NO，2000ppm；O2，2％；其余为He，气体总流量为60ml/min，放电稳定一小时后，用气相色谱和五组份分析仪测产物组成。
实施例4.以CH4代替O2时，微波放电脱除NO实例中气氛为NO，2000ppm；CH4，1600ppm；其余为He，气体总流量为60ml/min，放电稳定一小时后，用气相色谱和五组份分析仪测产物组成。
实施例5.在大量氧存在时，微波输入功率对放电脱除NOx的影响实例中气氛为NO，2000ppm；O2，2％；其余为He，气体总流量为60ml/min，放电稳定一小时后，用气相色谱和五组份分析仪测产物组成(附图2)。
由此实例可以看出，在氧气大量存在时，用微波放电法仍可将60％以上NOx转化为无公害的N2。
权利要求
1.一种常压微波放电反应器，由微波馈入机构、化学反应器两部分组成，其特征在于所述化学反应器为石英材质的双层结构，内层石英管(2)为锥形，尖端是封闭的，外层石英管(1)为圆柱形，两层间的夹套形成气体通道；内层石英管(2)锥形尖端下，设有一个与外层石英管(1)固接的石英栅(4)，石英栅(4)上放置一层石英棉(3)。
2.一种权利要求1所述常压微波放电反应器在NOx脱除中的应用，其特征在于在无催化剂条件下，将高氧含量气体中60％以上NOx直接转化为无害的N2和O2。
全文摘要
一种常压微波放电反应器,由微波馈入机构、化学反应器两部分组成,其特征在于:所述化学反应器为石英材质的双层结构,内层石英管为锥形,尖端是封闭的,外层石英管为圆柱形,两层间的夹套形成气体通道;内层石英管锥形尖端下,设有一个与外层石英管固接的石英栅,石英栅上放置一层石英棉(3)。本发明可以在无催化剂条件下,将高氧含量气体中60%以上NO
文档编号B01D53/74GK1326810SQ0011049
公开日2001年12月19日 申请日期2000年6月7日 优先权日2000年6月7日
发明者唐军旺, 马磊, 徐长海, 孙孝英, 张涛 申请人:中国科学院大连化学物理研究所