滑动弧等离子体反应器和重整改质的方法以及系统和方法

本发明涉及能源，特别涉及滑动弧等离子体反应器和重整改质的方法以及系统和方法。

背景技术：

1、氢气作为一种理想的能源载体，由于其高能量密度和环保特性，被广泛认为是未来清洁能源的重要组成部分。氢气可以作为一种初始反应物，在动力机械和燃料电池等能源装置中发挥作用。然而，氢气的储存和运输相对困难，因此，将其他形式的燃料(如天然气、生物质气、液态燃料等)在原位转化为氢气，即燃料重整技术，成为了一个重要的研究方向。

2、传统的燃料重整技术通常需要较高的起始温度来启动化学反应，这导致系统响应速度慢，且能效较低。此外，这些技术往往依赖于催化剂来促进重整反应，而催化剂容易因积碳而失活，需要定期再生或更换，增加了运营成本和维护复杂性。

3、等离子体燃料重整改质技术提供了一种新的解决方案。等离子体是一种部分或完全电离的气体，其中包含高能电子、离子、自由基和激发态分子等活性物种。这些活性物种能够降低化学反应的能垒，使得在较低的温度下就能进行燃料重整反应，从而提高了能效和响应速度。

4、滑动弧等离子体技术是一种特殊的等离子体应用形式，它兼具冷等离子体和热等离子体的特性。冷等离子体主要是指在较低温度下(接近室温)产生的等离子体，其中包含大量的高能电子和自由基，能够引发化学反应而无需高温。热等离子体则是指温度较高的等离子体，能够通过高温提供反应所需的热能。滑动弧等离子体通过电弧在电极上滑动产生，可以在较低的温度和压力下诱导燃料分子发生断链和重整反应，同时具有较低的能耗。

5、但是，现有的滑动弧等离子体重整反应器多是固定的配置，难以根据反应物或者反应的状态进行动态调整，灵活性低，导致反应效果较差。例如，大多只能处理特定的燃料，对于不同种燃料的处理较差，比如反应器只能进行对甲烷的重整，而难以处理其他燃料；有些反应器甚至只能处理特定状态的特定燃料，例如，当样品流量发生变化时，反应器并不能对此做出反应，也难以对反应器做出调整以适应变化了的状态，造成反应效果较差的结果；并且，大多数反应器只能处理气态燃料，对于液态燃料，或多种气态或液态构成的混合燃料的处理能力有限；由于等离子体中存在的化学反应复杂多样，特别是在多组分燃料的重整过程中，较难调控以获得特定的需求产物；不同的应用场景对重整产物的要求不同，现有的滑动弧等离子体反应器可能难以适应不同的工况需求，需要更灵活的调控方式。同时，对滑动弧等离子体重整反应器的什么部分进行调整，以及如何调整，才能使得反应达到预期的效果，也是需要考虑的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开一种滑动弧等离子体反应器，包括：

2、盖部，包括

3、沿第一方向依次设置的不锈钢压片、第一聚四氟压片、刚玉圆盘和第二聚四氟压片，以及多个螺栓，所述第一方向为沿所述滑动弧等离子体反应器的纵向从上往下的方向，不锈钢压片、第一聚四氟压片和第二聚四氟压片为圆环状，

4、不锈钢压片、第一聚四氟压片、刚玉圆盘和第二聚四氟压片分别设有在第一方向上位置相同的螺栓安装孔，不锈钢压片、第一聚四氟压片、刚玉圆盘和第二聚四氟压片上的螺栓安装孔分别为多个并沿周向分布，螺栓沿所述第一方向依次穿过螺栓安装孔以将不锈钢压片、第一聚四氟压片、刚玉圆盘和第二聚四氟压片连接，

5、刚玉圆盘具有重叠区和非重叠区，重叠区与不锈钢压片、第一聚四氟压片和第二聚四氟压片重叠，非重叠区包括进样口，进样口为空心圆柱状，并从刚玉圆盘的圆心沿第一方向延伸，非重叠区还包括两个相对于进样口对称分布的刀片电极安装孔和扫气口，扫气口与两个刀片电极安装孔的连线构成三角形；

6、罩体部，用作重整改质反应的反应容器，与盖部通过第一组不锈钢法兰可拆卸连接，罩体部的一个端部套设于第一组不锈钢法兰的中心通孔内，第一组不锈钢法兰具有与螺栓安装孔在第一方向上位置相同的固定孔，螺栓沿第一方向依次穿过螺栓安装孔和固定孔将罩体部和盖部连接；

7、出口部，用于收集产物，与罩体部通过第二组不锈钢法兰可拆卸连接，出口部的一个端部和罩体部的另一个端部分别套设于第二组不锈钢法兰的中心通孔内，并通过螺栓固定将出口部和罩体部连接；

8、进样喷嘴，可拆卸地安装于进样口内，沿第一方向延伸至罩体部内部；

9、两个刀片电极，分别可拆卸地安装于两个刀片电极安装孔并沿第一方向延伸至罩体部内部，在第一方向上的固定位置可调节；

10、其中，

11、盖部、罩体部、出口部沿第一方向依次设置，

12、滑动弧等离子体反应器用于对气态待重整样品或液态待重整样品进行重整改质，气态待重整样品与液态待重整样品为一种或多种。

13、采用上述技术方案，可以根据反应物的状态和种类，灵活地对反应器的盖部、罩体部、出口部进行相应的调整，具体可以通过对进样喷嘴、刀片电极等部件的调整使反应器适用于各种反应物的重整反应，并且通过各部件的协调与配合，保证反应的充分进行。并且，该反应器可以用于重整高温以及腐蚀性反应物。

14、可选地，所述进样口与所述刚玉圆盘一体成型，所述进样口与所述刚玉圆盘一体成型，所述进样口的外径为15-17mm，所述进样口自所述刚玉圆盘的圆心沿所述第一方向延伸的长度为42-51mm。

15、可选地，所述盖部还具有放置于所述非重叠区的绝缘隔离环，所述绝缘隔离环为空心圆柱状，所述绝缘隔离环的周壁包围所述进样口、所述刀片电极安装孔和所述扫气口，所述绝缘隔离环的外径为96-98mm，所述绝缘隔离环的内径为94-96mm。

16、可选地，所述刀片电极安装孔的圆心距所述刚玉圆盘的圆心的距离为30-35mm，所述扫气口与两个刀片电极安装孔的连线构成直角或锐角三角形。

17、可选地，所述不锈钢压片、第一聚四氟压片、刚玉圆盘、第二聚四氟压片和第一组不锈钢法兰分别具有6-8个螺栓安装孔，每个螺栓安装孔的直径为5-7mm。

18、可选地，所述进样喷嘴为不锈钢材质，所述进样喷嘴的直径为1-4mm，所述进样喷嘴的总长度为17-20cm。

19、可选地，所述进样喷嘴通过第三不锈钢法兰和密封圈与所述进样口密封连接，所述进样口能够安装直径为1-4mm的所述进样喷嘴。

20、可选地，沿所述第一方向，两个所述刀片电极均具有接线柱区、延伸区和刀片区，所述接线柱区与所述刀片电极安装孔之间螺纹连接，所述延伸区位于所述盖部和所述罩体部内，所述刀片区位于所述罩体部内。

21、可选地，所述罩体部为石英玻璃材质，所述出口部、所述进样喷嘴和所述刀片电极为不锈钢材质。

22、可选地，所述罩体部的壁厚为2-3mm，所述罩体部的内径为78-80mm。

23、可选地，两个刀片电极的刀片区之间的最短距离为2-5mm，沿所述第一方向，每个刀片电极的刀片区与所述进样喷嘴的最短距离为2-4cm。

24、可选地，所述进样口能够与雾化喷嘴或者气体喷嘴密封连接。

25、可选地，所述出口部为沿所述第一方向开口变小的漏斗状。

26、根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种利用上述滑动弧等离子体反应器进行重整改质的方法，包括以下步骤：

27、从扫气口通入惰性气体对滑动弧等离子体反应器内部进行吹扫；

28、根据待重整改质的样品的种类和/或流量，对进样喷嘴、刀片电极以及罩体部中的至少一者进行调整，使得反应充满刀片电极构成的放电区域，从进样口向滑动弧等离子体反应器内通入样品和载气，样品在刀片电极构成的放电区域进行重整改质；

29、在出口部处收集产物。

30、采用上述技术方案，可以灵活、机动地对反应器进行调整，各种类型、各种状态的反应物都可以进行高效的反应。

31、可选地，所述样品为液态时，将所述进样喷嘴更换为雾化喷嘴再从进样口通入样品。

32、可选地，根据样品的种类和/或流量，对进样喷嘴的直径、两个刀片电极的刀片区之间的最短距离、每个刀片电极的刀片区与进样喷嘴沿第一方向的最短距离、刀片区的形状和大小以及罩体部的容积中的至少一者进行调整。

33、根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种重整改质的系统，包括上述的滑动弧等离子体反应器，还包括气体供给模块、液体供给模块、高频高压交流电源模块、冷凝模块以及分析和后处理模块，所述气体供给模块用于向所述滑动弧等离子体反应器通入气体，所述液体供给模块用于向所述滑动弧等离子体反应器通入液体，所述高频高压交流电源模块用于向所述滑动弧等离子体反应器供电并对所述滑动弧等离子体反应器内部放电状况进行检测，所述冷凝模块用于对反应产物降温，所述分析和后处理模块用于对反应产物进行分析并对尾气进行处理，所述系统用于对气态待重整样品或液态待重整样品进行重整改质，所述气态待重整样品与所述液态待重整样品为一种或多种。

34、采用上述技术方案，可以针对多元燃料进行重整改质，针对初始反应物的适应性强。可根据产物组分以及流量等信息对初始反应条件进行动态调节。系统启动迅速，稳定性较好。

35、可选地，所述系统还包括高速摄像机和/或光纤光谱仪，用于在重整改质时对所述滑动等离子体反应内部拍照和/或采集光谱信息。

36、根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种利用上述重整改质的系统进行重整改质的方法，其特征在于，包括如下步骤：

37、通过气体供给模块向滑动弧等离子体反应器内通入载气；

38、利用高频高压交流电源模块对滑动弧等离子体反应器供电；

39、向滑动弧等离子体反应器通入待重整样品，其中，

40、当待重整样品为气态时，通过气体供给模块向滑动弧等离子体反应器通入气态待重整样品，

41、当待重整样品为液态时，通过雾化喷嘴向滑动弧等离子体反应器通入雾化后的液态待重整样品，或者，将液态待重整样品汽化后通过气体喷嘴通入滑动弧等离子体反应器中，

42、当待重整样品为液态和气态时，将液态待重整样品汽化为气体，并与来自气体供给模块的气态待重整样品混合，通过气体喷嘴通入滑动弧等离子体反应器中；

43、使产物通过冷凝模块；

44、利用分析和后处理模块分别收集并分别分析气态和液态产物，收集并处理尾气。

45、采用上述技术方案，可以简便地对各种样品重整改质，系统适应能力强，效率高。