[实用新型]用于甲烷干重整的高频交流旋转滑动弧放电等离子体发生系统

说明书

一种用于甲烷干重整的高频交流旋转滑动弧放电等离子体发生系统，包括配气装置、放电装置、电特性检测装置、高频交流电源和产物分析装置。放电装置包含螺旋玻璃管、高压电极、低压电极和玻璃罩，螺旋玻璃管套装在高压电极的下部，低压电极套装在高压电极的外部，密封于玻璃罩内。高压电极制成锥形电极，电极顶角为30°‑60°，低压电极制成圆筒电极，低压电极比高压电极高，高压电极与低压电极的最窄间隙为2 mm；该系统优化了旋转滑动弧放电等离子体发生装置的高压电极顶角和高低压电极相对高度，并采用螺旋玻璃管的进气方式，以高频交流电源作为激励电源，得到了重整效果最佳的电极结构参数。

技术领域

本实用新型涉及一种用于甲烷干重整的高频交流旋转滑动弧放电等离子体发生系统，属于大气压放电等离子体源基础与应用技术领域。

背景技术

旋转滑动弧放电在甲烷干重整和二氧化碳分解等领域受到了研究者的广泛关注。目前大气压旋转滑动弧放电等离子体发生方法的研究工作，主要集中在电极结构和激励电源两个方面。电极结构会直接影响电场的空间分布，进而影响放电形式、状态和等离子体强度。不同的激励电源输出的电压波形不同，如直流电压、交流电压、高频电压、脉冲电压等。通过调整电压波形调节电场随时间的变化，进而调节电场中电子和离子的加速与能量的积累过程。

形成旋转滑动弧放电等离子体的高压电极结构通常包括螺旋弹簧丝、不锈钢柱和锥，低压电极结构通常为不锈钢圆筒或阴极罩。不锈钢圆锥形高压电极和不锈钢圆筒形低压电极构成的电极结构，制造简单，拆卸方便，在甲烷干重整研究中受到广泛关注。其中高压电极顶角和高低压电极的相对高度是影响电弧滑动过程的关键因素，所以何种高压电极顶角和高低压电极相对高度最有利于甲烷干重整，是需要深入探讨的问题之一。

旋转滑动弧放电等离子体的激励电源有多种，但由于高频交流电源频率高，在一定时间内可以为放电装置提供更高的注入能量，并且装置中不需要串接限流电阻，更多的能量被用于激发重整反应进行。此外，所述高频交流电源体积小，重量轻，有更高的控制精度，管理方便，所以高频交流电源越来越多地被用于等离子体研究和现代工业中。

旋转滑动弧放电等离子体形成不可或缺的条件之一为旋转气流。形成旋转气流的方式主要包括两种，分别为磁驱动和切向进气。磁场对电弧施加切向洛伦兹力，从而使电弧旋转，并在垂直气流的作用下沿着电极向上滑动。虽然磁场可以有效行成旋转滑动弧，但磁铁的成本高，且在放置时给放电装置带来沉重的负担。切向进气的方式通常是在低压电极上均匀打3~4个切向进气孔，这3~4股切向气流行成近似的旋转气流，从而行成旋转滑动弧。这种进气方式破坏了低压电极结构，并且切向进气孔一旦行成，便很难通过改变进气孔径来改变进气气速，除非重新制作新的低压电极，使成本增大，可操作性降低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供用于甲烷干重整的高频交流旋转滑动弧放电等离子体发生系统，通过调整旋转滑动弧放电等离子体发生装置的高压电极顶角、高低压电极相对高度，考察甲烷干重整的效果。