[发明专利]一种基于等离子体射流的反应监测装置

说明书

本发明提供了一种基于等离子体射流的反应监测装置，涉及等离子体反应装置技术领域。本发明的基于等离子体射流的反应监测装置包括反应室1、等离子体发生系统2和压力控制系统3；等离子体发生系统2包括空心绝缘管21、金属网22和金属棒23，金属棒23与电源电连接，金属网22接地；压力控制系统3与出气口13连通。本发明提供反应监测装置通电后，在等离子体发生系统2作用下进行射流放电，在红外光谱仪器中可以检测反应进行的产物。同时也可以实现温压双控的方式，来检测反应气体中各个物质随着时间的变化，进而实现对反应机理的研究。

技术领域

本发明涉及等离子体反应监测装置技术领域，具体涉及一种基于等离子体射流的反应装置。

背景技术

目前，人们对能源的需求量越来越大，而作为不可再生能源的煤、石油和天然气等化石燃料的储量逐渐减少以及燃烧化石燃料造成的温室效应问题日趋严重。因此，如何将二氧化碳、甲烷等温室气体转换为有价值的清洁能源成为一个亟需解决的问题。

甲醇不仅是重要的化工原料、溶剂，而且还是性能优良的能源和车用燃料。甲醇与异丁烯反应得到MTBE(甲基叔丁基醚)，它是高辛烷值无铅汽油添加剂，还可用作溶剂以及制备烯烃，缓解资源短缺问题。利用二氧化碳和甲烷合成甲醇不仅能够缓解温室效应，还能够实现资源的有效利用。

例如中国专利CN103979492A公开了一种二氧化碳-甲烷自热重整制备合成气的工艺方法，将甲烷、二氧化碳和氧气送入装填有重整催化剂的二氧化碳-甲烷自热重整反应器内进行混合，使甲烷和氧气发生氧化反应，以该氧化反应释放的热量为热源，使甲烷和二氧化碳发生重整反应，制备出合成气，其中，二氧化碳-甲烷自热重整反应器内的工作温度为700～1250℃，工作压力为1～3MPa。然而，上述高温高压的条件不但限制了二氧化碳和甲烷合成甲醇的规模化生产而且造成了额外的能源浪费。

以二氧化碳和甲烷为原料，利用等离子体射流法制备甲醇能够降低能源浪费。例如，现有技术CN113072426A公开了一种利用二氧化碳和甲烷合成甲醇的装置，包括呈V型连通的第一绝缘管和第二绝缘管，两个绝缘管内各设置有金属棒，两个绝缘管的外壁的顶端均覆盖有金属丝网，两根金属棒与电源连通，两个金属丝网接地。然而，上述装置不能检测反应产物类型随温度的变化情况。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于等离子体射流的反应监测装置，本发明提供的反应监测装置能够实现对射流放电反应中产物的类型随温度的变化情况，进而实现对反应机理的研究。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于等离子体射流的反应监测装置，包括反应室1、等离子体发生系统2、压力控制系统3和红外光谱仪5；

所述反应室1设置有第一进气口11、第二进气口12、出气口13、第一窗片15和催化剂储存装置14；

所述等离子体发生系统2包括空心绝缘管21、金属网22和金属棒23；所述空心绝缘管21与所述第一进气口11连通；所述金属网22设置在所述空心绝缘管21的外壁；所述金属棒23直通所述空心绝缘管21的内部；所述金属棒23与电源电连接，所述金属网22接地；

所述压力控制系统3与所述出气口13连通；

所述红外光谱仪5内部设置有光源，所述光源发出的光线穿过和穿出所述第一窗片15。

优选的，所述空心绝缘管21和金属棒23构成同心圆结构；所述金属棒23的长度大于所述空心绝缘管21的长度；

所述空心绝缘管21与水平面的角度为45～60°。

优选的，所述金属网22的面积占所述空心绝缘管21外壁面积的10～15％。

优选的，所述压力控制系统3包括真空泵31和与所述真空泵31连通的气体阀32。