PL234033B1 - Plasma-catalytic reactor for running chemical reactions of ethanol with water - Google Patents

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest reaktor plazmowo-katalityczny do prowadzenia reakcji chemicznych etanolu z wodą, zwłaszcza do realizacji procesów przemiany etanolu pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego do wodoru. W reaktorze plazma wytwarzana jest w wyładowaniu barierowym, a katalizatorem jest metaliczny kobalt.The subject of the invention is a plasma-catalytic reactor for carrying out chemical reactions of ethanol with water, in particular for carrying out the processes of ethanol conversion under atmospheric pressure to hydrogen. In the reactor, the plasma is produced by a barrier discharge and the catalyst is metallic cobalt.

Znany jest obecnie sposób generowania plazmy w wyładowaniach barierowych. Polega on na wytworzeniu plazmy w przestrzeni gazowej pomiędzy dwoma elektrodami, oddzielonymi, co najmniej jedną, przegrodą z materiału dielektrycznego. Bariera z materiału dielektrycznego służy do ograniczenia przepływu prądu i stabilizuje wyładowanie, uniemożliwiając powstawanie wyładowania łukowego. W przestrzeni gazowej, zwanej przestrzenią wyładowczą, wskutek różnicy potencjałów między elektrodami, zachodzi wyładowanie elektryczne. Wyładowanie to ma strukturę rozproszoną. Składa się ono z wielu, krótkotrwałych, bardzo drobnych kanalików plazmy (mikrowyładowań) rozproszonych po powierzchni ograniczających przestrzeń gazową. Elektroda może mieć powierzchnię gładką jak w patentach US 6811757 i US 6146599 albo powierzchnię żłobioną jak w patencie WO 02074435 oraz zgłoszeniu patentowym PL 400453.There is now a known method of generating plasma in barrier discharges. It consists in creating a plasma in a gas space between two electrodes separated by at least one barrier made of a dielectric material. The dielectric material barrier serves to limit the flow of current and stabilize the discharge by preventing the occurrence of arcing. In the gas space, called the discharge space, an electric discharge occurs due to the potential difference between the electrodes. This discharge has a diffuse structure. It consists of many short-lived, very fine plasma channels (micro-discharges) scattered over the surfaces that limit the gas space. The electrode may have a smooth surface as in US patents US 6811757 and US 6146599 or a grooved surface as in patent WO 02074435 and patent application PL 400453.

Znany z patentów US 6741935 i WO 0049278 jest sposób umieszczenia katalizatora w reaktorze z wyładowaniem barierowym polegający na zasypaniu ziarnami katalizatora przestrzeni wyładowczej, tak by gaz przepływał między ziarnami katalizatora.Known from patents US 6741935 and WO 0049278 is a method of placing a catalyst in a barrier discharge reactor consisting in pouring catalyst grains into a discharge space so that the gas flows between the catalyst grains.

Etanol przetwarzany jest do innych produktów metodą parowego reformingu, utleniającego reformingu lub rozkładu. Procesy te można prowadzić w reaktorach katalitycznych lub plazmowych. Przetwarzanie etanolu prowadzone jest w wyładowaniu ślizgowym, mikrofalowym, barierowym oraz mikro-wiązce. Rozkład etanolu może być prowadzony w wyładowaniu ślizgowym jak w patencie CN 104528338 lub mikro-wiązce plazmy jak w patencie CN 104671202 lub wyładowaniu mikrofalowym zaproponowanym przez R. Rincon ze współpracownikami w czasopiśmie International Journal of Hydrogen Energy, 39,Ethanol is converted to other products by steam reforming, oxidative reforming or decomposition. These processes can be carried out in catalytic or plasma reactors. Ethanol processing is carried out in sliding, microwave, barrier and micro-beam discharges. The decomposition of ethanol can be carried out in a sliding discharge as in patent CN 104528338 or in a micro plasma beam as in patent CN 104671202 or in a microwave discharge proposed by R. Rincon et al. In the International Journal of Hydrogen Energy, 39,

2014, 11445-11452. Utleniający reforming parowy etanolu prowadzony w wyładowaniu mikrofalowym zaproponowany został przez B. Hryciak ze współpracownikami w czasopiśmie Open Chemistry, 13,2014, 11445-11452. The oxidative steam reforming of ethanol carried out in the microwave discharge was proposed by B. Hryciak with colleagues in the journal Open Chemistry, 13,

2015, 317-324. W tym rozwiązaniu etanol wprowadzany jest do reaktora w strumieniu azotu i jest bardzo rozcieńczony. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 7,4 mol H2/kWh. Parowy reforming etanolu w wyładowaniu barierowym został opisany przez B. Sarmiento ze współpracownikami w czasopiśmie Journal of Power Sources, 129, 2007, 140-143. W badaniach tych stosunek molowy wody do etanolu wynosił 2:1 i reaktor był ogrzewany do 110°C piecem elektrycznym, dodatkowo do reaktora doprowadzany był dwutlenek węgla. Efektywność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 3,35 mol H2/kWh. Ch. Du ze współpracownikami w czasopiśmie International Journal of Hydrogen Energy, 37, 2012, 8318-8329 zaproponował zastosowanie wyładowania ślizgowego w utleniającym reformingu parowym etanolu. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 166 mol H2/kWh. Natomiast R. Burlica ze współpracownikami w czasopiśmie International Industrial and Engineering Chemisrty Research, 49, 2010, 6342-6349 zaproponował zastosowanie wyładowania ślizgowego w procesie rozkładu etanolu w strumieniu argonu. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 6,5 mol H2/kWh. W reaktorach plazmowych poza wodorem powstawał metan, etan, eten i etyn.2015, 317-324. In this embodiment, the ethanol is introduced into the reactor under a nitrogen stream and is very dilute. The energy efficiency of the hydrogen production was 7.4 mol H2 / kWh. The steam reforming of ethanol in barrier discharge has been described by B. Sarmiento et al. In Journal of Power Sources, 129, 2007, 140-143. In these tests, the molar ratio of water to ethanol was 2: 1 and the reactor was heated to 110 ° C with an electric furnace, and additionally carbon dioxide was supplied to the reactor. The energy efficiency of the hydrogen production was 3.35 mol H2 / kWh. Ch. Du et al. In the International Journal of Hydrogen Energy, 37, 2012, 8318-8329 proposed the use of a sliding discharge in the oxidative steam reforming of ethanol. The energy efficiency for the hydrogen production was 166 mol H2 / kWh. On the other hand, R. Burlica and colleagues in the journal International Industrial and Engineering Chemisrty Research, 49, 2010, 6342-6349 proposed the use of a sliding discharge in the process of ethanol decomposition in an argon stream. The energy efficiency of the hydrogen production was 6.5 mol H2 / kWh. Apart from hydrogen, methane, ethane, ethene and ethyne were produced in plasma reactors.

W katalitycznych reaktorach do rozkładu etanolu stosowany jest katalizator Ni/La2O3 znany z patentu US 8236271. Do utleniającego reformingu parowego etanolu T. Mondal ze współpracownikami w czasopiśmie International Journal of Hydrogen Energy, 40, 2015, 2529-2544 zaproponowali katalizator Ni/CeO2-ZrO2. W katalitycznych reaktorach do procesu reformingu parowego etanolu stosowane są katalizatory Ni/ZnO (patent US 8642004) i NiAl2O4-FeAbO4 (patent US 7888283). W katalizatorach niklowych produktem ubocznym procesu jest aldehyd octowy. W literaturze znane są też inne katalizatory do parowego reformingu etanolu. H. Song ze współpracownikami w czasopiśmie Catalysis Today, 129, 2007, 346-354 zaproponował kilka katalizatorów Co/ZrO2, Co/TiO2 oraz Co/AbOs do przetwarzania etanolu w wodór. Najlepsze efekty uzyskano gdy stosowany był katalizator Co/ZrO2 proces prowadzono przy stosunku molowym etanolu do wody wynoszącym 1 do 6 oraz obecności helu w stosunku molowym hel do etanolu wynoszącym 3:1. Zastosowanie tych katalizatorów powodowało, że nie powstawał aldehyd octowy, etan i eten. W temperaturze 400°C wydajność przemiany etanolu w wodór wynosiła 5%. Konieczność stosowania wysokiej temperatury powoduje duże zużycie energii na ogrzanie reagentów. Ogrzanie 1 mola etanolu i 6 moli wody do temperatury 400°C wymaga zużycia 0,12 kWh energii. W rezultacie wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosi 2,6 mol H2/kWh.In catalytic ethanol decomposition reactors, the Ni / La2O3 catalyst known from US patent 8236271 is used. For the oxidative steam reforming of ethanol, T. Mondal and his colleagues in the International Journal of Hydrogen Energy, 40, 2015, 2529-2544 proposed a Ni / CeO2-ZrO2 catalyst . Ni / ZnO (US Patent 8642004) and NiAl2O4-FeAbO4 (US Patent 7888283) catalysts are used in catalytic reactors for ethanol steam reforming. Acetaldehyde is a by-product of the process in nickel catalysts. Other catalysts for ethanol steam reforming are also known in the literature. H. Song et al. In the journal Catalysis Today, 129, 2007, 346-354 proposed several Co / ZrO2, Co / TiO2 and Co / AbOs catalysts for converting ethanol to hydrogen. The best results were obtained when the Co / ZrO2 catalyst was used, the process was carried out with a molar ratio of ethanol to water of 1 to 6 and the presence of helium in a molar ratio of helium to ethanol of 3: 1. The use of these catalysts prevented the formation of acetaldehyde, ethane and ethene. At 400 ° C the yield of the conversion of ethanol to hydrogen was 5%. The necessity to use high temperature causes a lot of energy consumption for heating the reactants. Heating 1 mole of ethanol and 6 moles of water to 400 ° C requires 0.12 kWh of energy. As a result, the energy efficiency of hydrogen production is 2.6 mol H2 / kWh.

PL 234 033 B1PL 234 033 B1

Przedmiotem wynalazku jest reaktor plazmowo-katalityczny do prowadzenia reakcji chemicznych etanolu z wodą, w którym plazma wytwarzana jest w wyładowaniu barierowym, a przestrzeń wyładowcza wypełniona jest częściowo katalizatorem kobaltowym. W reaktorze, według wynalazku, przez zastosowanie nieznanego dotychczas sposobu umieszczania katalizatora w strefie wyładowczej uzyskano możliwość wytwarzania z etanolu i wody wodoru w temperaturze 120°C z wysoką wydajnością energetyczną.The subject of the invention is a plasma-catalytic reactor for conducting chemical reactions of ethanol with water, in which the plasma is generated in a barrier discharge and the discharge space is partially filled with cobalt catalyst. In the reactor according to the invention, by using a hitherto unknown method of placing the catalyst in the discharge zone, it was possible to produce hydrogen from ethanol and water at a temperature of 120 ° C with high energy efficiency.

Reaktor plazmowo-katalityczny według wynalazku składa się z elektrody wysokonapięciowej umiejscowionej wewnątrz elektrody z uziemieniem. Elektroda wysokonapięciowa zamocowana jest wewnątrz elektrody z uziemieniem za pomocą izolatora z króćcem do wprowadzania reagentów i izolatora z króćcem do odprowadzania produktów. Pomiędzy elektrodami znajduje się przegroda z materiału dielektrycznego. Przegroda z materiału dielektrycznego przylega do wewnętrznej powierzchni uziemionej elektrody. Elektroda wysokonapięciowa połączona jest z obwodem zasilającym. Elektroda wysokonapięciowa jest żłobiona. Żłobienia wypełnione są w zakresie od % do % głębokości klejem ceramicznym, na którego powierzchni umieszczone są ziarna katalizatora kobaltowego o rozmiarze 0,3-4 mm. W takim rozwiązaniu plazma wytwarzana jest między powierzchnią elektrody, a warstwą dielektryka. Reagenty są wielokrotnie aktywowane w czasie przepływu przez plazmę i kontakcie z powierzchnią katalizatora. Elektroda wysokonapięciowa jest zasilana prądem sinusoidalnym lub impulsowym o częstotliwości w zakresie 0,5-70 kHz i mocy w zakresie 0,4-3 W.The plasma catalytic reactor according to the invention consists of a high-voltage electrode located inside the electrode with a ground connection. The high-voltage electrode is mounted inside the electrode with grounding by means of an insulator with a port for introducing reagents and an insulator with a port for discharging products. There is a barrier made of dielectric material between the electrodes. A baffle of dielectric material adheres to the inner surface of the earthed electrode. The high voltage electrode is connected to the power circuit. The high voltage electrode is grooved. The grooves are filled in the range from% to% of the depth with ceramic glue, on the surface of which there are 0.3-4 mm cobalt catalyst grains. In such a solution, plasma is generated between the electrode surface and the dielectric layer. The reactants are activated multiple times as they flow through the plasma and contact the catalyst surface. The high-voltage electrode is supplied with a sinusoidal or pulsed current with a frequency in the range of 0.5-70 kHz and a power in the range of 0.4-3 W.

Rozmiar, kształt i liczba żłobień dostosowana jest do rozmiarów geometrycznych elektrody wysokonapięciowej oraz rozmiarów ziaren katalizatora.The size, shape and number of grooves are adapted to the geometric dimensions of the high-voltage electrode and the size of the catalyst grains.

Reaktor może być zasilany prądem przemiennym lub impulsowym.The reactor can be powered by alternating or pulsed current.

Elektroda wysokonapięciowa może mieć kształt o przekroju okrągłym lub eliptycznym.The high voltage electrode can be circular or elliptical in shape.

Kształt żłobień w elektrodzie wysokonapięciowej może być dowolny np. trapezowy, trójkątny, kołowy.The shape of the grooves in the high voltage electrode can be any, for example trapezoidal, triangular, circular.

Reakcję przeprowadzać można w obecności gazów szlachetnych np. helu lub argonu.The reaction can be carried out in the presence of noble gases, e.g. helium or argon.

Przedmiot wynalazku w postaci reaktora plazmowo-katalitycznego, z elektrodą okrągłą i żłobieniami w kształcie trapezowym został przedstawiony w przekroju podłużnym na Fig. 1 i na Fig. 2 w przekroju poprzecznym.The subject of the invention in the form of a plasma-catalytic reactor with a round electrode and trapezoidal grooves is shown in the longitudinal section in Fig. 1 and in Fig. 2 in cross-section.

Przedmiot wynalazku w postaci reaktora plazmowo-katalitycznego z elektrodą eliptyczną i żłobieniami w kształcie kołowym, został przedstawiony w przekroju podłużnym na Fig. 3 i na Fig. 4 w przekroju poprzecznym.The subject of the invention in the form of a plasma-catalytic reactor with an elliptical electrode and circular grooves has been shown in the longitudinal section in Fig. 3 and in Fig. 4 in cross-section.

Przedmiot wynalazku w postaci reaktora plazmowo-katalitycznego z elektrodą okrągłą i żłobieniami w kształcie trójkątnym został przedstawiony w przekroju podłużnym na Fig. 5 i na Fig. 6 w przekroju poprzecznym.The subject matter of the invention in the form of a plasma-catalytic reactor with a round electrode and triangular grooves is shown in longitudinal section in Fig. 5 and in Fig. 6 in cross-section.

P r z y k ł a d I. Reaktor, przedstawiony na Fig. 1 i Fig. 2, składał się z elektrody wysokonapięciowej 1 o przekroju okrągłym i o powierzchni żłobionej rowkami 2 o przekroju trapezowym. Rowki 2 wypełniono do połowy klejem ceramicznym 3 i umieszczono na jego powierzchni ziarna katalizatora kobaltowego 4 o rozmiarze 0,8-1,2 mm. Elektroda wysokonapięciowa 1 znajdowała się wewnątrz elektrody 5 z uziemieniem 6. Elektroda wysokonapięciowa 1 zamocowana była wewnątrz elektrody 5 za pomocą izolatora z króćcem do wprowadzania reagentów 7 i izolatora z króćcem do odprowadzania produktów 8. Pomiędzy elektrodami znajdowała się przegroda z materiału dielektrycznego 9. Przegroda z materiału dielektrycznego 9 przylegała do wewnętrznej powierzchni elektrody 5, która była uziemiona. Elektroda wysokonapięciowa 1 połączona była z obwodem zasilającym 10.Example 1. The reactor shown in Fig. 1 and Fig. 2 consisted of a high voltage electrode 1 with a circular cross section and a grooved surface 2 with a trapezoidal cross section. The grooves 2 were half filled with ceramic glue 3 and placed on its surface a cobalt catalyst grain 4 with a size of 0.8-1.2 mm. The high-voltage electrode 1 was inside the electrode 5 with ground 6. The high-voltage electrode 1 was attached inside the electrode 5 by means of an insulator with a reagent injection port 7 and an insulator with a product discharge port 8. There was a barrier made of dielectric material 9 between the electrodes. of the dielectric material 9 adjacent to the inner surface of the electrode 5, which was grounded. The high voltage electrode 1 was connected to the power circuit 10.

Do reaktora wprowadzano 393 mmol/h etanolu i 793 mmol/h wody. Do elektrody wysokonapięciowej 1 doprowadzano prąd sinusoidalny o częstotliwości 15 kHz i moc 2,9 W. Produkcja wodoru wynosiła 404 mmol/h, metanu 49 mmol/h, etanu 15 mmol/h i etenu 13 mmol/h. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 278,6 mol H2/kWh.393 mmol / h of ethanol and 793 mmol / h of water were introduced into the reactor. A sinusoidal current of 15 kHz and a power of 2.9 W was applied to the high-voltage electrode 1. The production of hydrogen was 404 mmol / h, methane 49 mmol / h, ethane 15 mmol / h and ethene 13 mmol / h. The energy efficiency for the hydrogen production was 278.6 mol H2 / kWh.

P r z y k ł a d II. Reakcję prowadzono w reaktorze opisanym w przykładzie I. Do reaktora wprowadzano 393 mmol/h etanolu i 406 mmol/h wody. Do elektrody wysokonapięciowej 1 doprowadzano prąd sinusoidalny o częstotliwości 15 kHz i mocy 2,6 W. Produkcja wodoru wynosiła 349 mmol/h, metanu 54 mmol/h, etanu 17 mmol/h i etenu 14 mmol/h. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 268,5 mol H2/kWh.P r z x l a d II. The reaction was carried out in the reactor described in Example 1. 393 mmol / h of ethanol and 406 mmol / h of water were introduced into the reactor. A sinusoidal current with a frequency of 15 kHz and a power of 2.6 W was applied to the high-voltage electrode 1. The production of hydrogen was 349 mmol / h, methane 54 mmol / h, ethane 17 mmol / h and ethene 14 mmol / h. The energy efficiency for the hydrogen production was 268.5 mol H2 / kWh.

P r z y k ł a d III. Reakcję prowadzono w reaktorze opisanym w przykładzie I. Do reaktora wprowadzano 392 mmol/h etanolu i 196 mmol/h wody. Do elektrody wysokonapięciowej 1 doprowadzano prąd sinusoidalny o częstotliwości 15 kHz i mocy 3 W. Produkcja wodoru wynosiła 227 mmol/h, metanuP r x l a d III. The reaction was carried out in the reactor described in Example 1. 392 mmol / h of ethanol and 196 mmol / h of water were introduced into the reactor. A sinusoidal current with a frequency of 15 kHz and a power of 3 W was applied to the high-voltage electrode 1. The production of hydrogen was 227 mmol / h, methane

PL 234 033 B1 mmol/h, etanu 14 mmol/h i etenu 12 mmol/h. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 151,3 mol H2/kWh.No. 1 mmol / h, ethane 14 mmol / h and ethene 12 mmol / h. The energy efficiency for the hydrogen production was 151.3 mol H2 / kWh.

P r z y k ł a d IV. Reakcję prowadzono w reaktorze opisanym w przykładzie I. Do reaktora wprowadzano 101 mmol/h etanolu i 99 mmol/h wody. Do elektrody wysokonapięciowej 1 doprowadzano prąd impulsowy o częstotliwości 0,5 kHz i mocy 0,4 W. Produkcja wodoru wynosiła 30 mmol/h, metanu 8 mmol/h, etanu 3 mmol/h i etenu 3 mmol/h. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 150 mol H2/kWh.P r x l a d IV. The reaction was carried out in the reactor described in Example 1. 101 mmol / h of ethanol and 99 mmol / h of water were introduced into the reactor. A pulse current of 0.5 kHz frequency and 0.4 W power was applied to the high-voltage electrode 1. The production of hydrogen was 30 mmol / h, methane 8 mmol / h, ethane 3 mmol / h and ethene 3 mmol / h. The energy efficiency of the hydrogen production was 150 mol H2 / kWh.

P r z y k ł a d V. Reakcję prowadzono w reaktorze opisanym w przykładzie I. Do reaktora wprowadzano 202 mmol/h etanolu i 201 mmol/h wody. Do elektrody wysokonapięciowej 1 doprowadzano prąd sinusoidalny o częstotliwości 70 kHz i mocy 2,1 W. Produkcja wodoru wynosiła 111 mmol/h, metanu 14 mmol/h, etanu 8 mmol/h i etenu 6 mmol/h. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 100,9 mol H2/kWh.Example 5 The reaction was carried out in the reactor described in Example 1. 202 mmol / h ethanol and 201 mmol / h water were introduced into the reactor. A sinusoidal current with a frequency of 70 kHz and a power of 2.1 W was applied to the high-voltage electrode 1. The production of hydrogen was 111 mmol / h, methane 14 mmol / h, ethane 8 mmol / h and ethene 6 mmol / h. The energy efficiency of the hydrogen production was 100.9 mol H2 / kWh.

P r z y k ł a d VI. Reakcję prowadzono w reaktorze opisanym w przykładzie I. Do reaktora wprowadzano 298 mmol/h etanolu i 299 mmol/h wody. Do elektrody wysokonapięciowej 1 doprowadzano prąd impulsowy o częstotliwości 15 kHz i mocy 2,3 W. Produkcja wodoru wynosiła 208 mmol/h, metanu 27 mmol/h, etanu 11 mmol/h i etenu 9 mmol/h. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 180,9 mol H2/kWh.P r x l a d VI. The reaction was carried out in the reactor described in Example 1. 298 mmol / h of ethanol and 299 mmol / h of water were introduced into the reactor. Pulse current of 15 kHz frequency and 2.3 W power was applied to the high voltage electrode 1. The hydrogen production was 208 mmol / h, methane 27 mmol / h, ethane 11 mmol / h and ethene 9 mmol / h. The energy efficiency for the hydrogen production was 180.9 mol H2 / kWh.

P r z y k ł a d VII. Reaktor przedstawiony na Fig. 3 i Fig. 4, składał się z elektrody wysokonapięciowej 1 o przekroju eliptycznym i o powierzchni żłobionej rowkami 2 o przekroju kołowymi. Rowki 2 wypełniono do jednej czwartej głębokości klejem ceramicznym 3 i umieszczono na jego powierzchni ziarna katalizatora kobaltowego 4 o rozmiarze 1,2-4 mm. Elektroda wysokonapięciowa 1 znajdowała się wewnątrz elektrody 5 z uziemieniem 6. Elektroda wysokonapięciowa 1 zamocowana była wewnątrz elektrody 5 za pomocą izolatora z króćcem do wprowadzania reagentów 7 i izolatora z króćcem do odprowadzania produktów 8. Pomiędzy elektrodami znajdowała się przegroda z materiału dielektrycznego 9. Przegroda z materiału dielektrycznego 9 przylegała do wewnętrznej powierzchni elektrody 5, która była uziemiona. Elektroda wysokonapięciowa 1 połączona była z obwodem zasilającym 10.Example VII. The reactor shown in Fig. 3 and Fig. 4 consisted of a high-voltage electrode 1 with an elliptical cross-section and a grooved surface 2 with circular cross-section. The grooves 2 were filled to a quarter of the depth with ceramic glue 3 and placed on its surface a 1.2-4 mm cobalt catalyst grain 4. The high-voltage electrode 1 was inside the electrode 5 with ground 6. The high-voltage electrode 1 was attached inside the electrode 5 by means of an insulator with a reagent injection port 7 and an insulator with a product discharge port 8. There was a barrier made of dielectric material 9 between the electrodes. of the dielectric material 9 is adjacent to the inner surface of the electrode 5, which was grounded. The high voltage electrode 1 was connected to the power circuit 10.

Do reaktora wprowadzano 393 mmol/h etanolu i 406 mmol/h wody. Do elektrody wysokonapięciowej 1 doprowadzano prąd sinusoidalny o częstotliwości 45 kFlz i mocy 2,2 W. Produkcja wodoru wynosiła 259 mmol/h, metanu 38 mmol/h, etanu 14 mmol/h i etenu 11 mmol/h. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 235,5 mol H2/kWh.393 mmol / h of ethanol and 406 mmol / h of water were introduced into the reactor. A sinusoidal current of 45 kFlz and 2.2 W of power was applied to the high-voltage electrode 1. Hydrogen production was 259 mmol / h, methane 38 mmol / h, ethane 14 mmol / h and ethene 11 mmol / h. The energy efficiency of the hydrogen production was 235.5 mol H2 / kWh.

P r z y k ł a d VIII. Reakcję prowadzono w reaktorze opisanym w przykładzie VII. Do reaktora wprowadzano 393 mmol/h etanolu, 406 mmol/h wody i 50 mmol/h helu. Do elektrody wysokonapięciowej 1 doprowadzano prąd impulsowy o częstotliwości 70 kHz i mocy 1,8 W. Produkcja wodoru wynosiła 286 mmol/h, metanu 34 mmol/h, etanu 18 mmol/h i etenu 16 mmol/h. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 317,8 mol H2/kWh.P r x l a d VIII. The reaction was carried out in the reactor described in Example 7. 393 mmol / h of ethanol, 406 mmol / h of water and 50 mmol / h of helium were introduced into the reactor. A pulse current of 70 kHz frequency and 1.8 W power was applied to the high voltage electrode 1. The production of hydrogen was 286 mmol / h, methane 34 mmol / h, ethane 18 mmol / h and ethene 16 mmol / h. The energy efficiency for the hydrogen production was 317.8 mol H2 / kWh.

P r z y k ł a d IX. Reaktor, przedstawiony na Fig. 5 i Fig. 6, składał się z elektrody wysokonapięciowej 1 o przekroju okrągłym i o powierzchni żłobionej rowkami 2 o przekroju trójkątnym. Rowki 2 wypełniono do trzech czwartych głębokości klejem ceramicznym 3 i umieszczono na jego powierzchni ziarna katalizatora kobaltowego 4 o rozmiarze 0,3-0,8 mm. Elektroda wysokonapięciowa 1 znajdowała się wewnątrz elektrody 5 z uziemieniem 6. Elektroda wysokonapięciowa 1 zamocowana była wewnątrz elektrody 5 za pomocą izolatora z króćcem do wprowadzania reagentów 7 i izolatora z króćcem do odprowadzania produktów 8. Pomiędzy elektrodami znajdowała się przegroda z materiału dielektrycznego 9. Przegroda z materiału dielektrycznego przylegała do wewnętrznej powierzchni elektrody 5, która była uziemiona. Elektroda 1 połączona była z obwodem zasilającym 10.P r x l a d IX. The reactor shown in Fig. 5 and Fig. 6 consisted of a high voltage electrode 1 with a circular cross section and a grooved surface 2 with a triangular cross section. The grooves 2 were filled to three-quarters of the depth with ceramic glue 3 and placed on its surface a cobalt catalyst grain 4 with a size of 0.3-0.8 mm. The high-voltage electrode 1 was inside the electrode 5 with ground 6. The high-voltage electrode 1 was attached inside the electrode 5 by means of an insulator with a reagent injection port 7 and an insulator with a product discharge port 8. There was a barrier made of dielectric material 9 between the electrodes. of the dielectric material adjacent to the inner surface of the electrode 5, which was grounded. The electrode 1 was connected to the power circuit 10.

Do reaktora wprowadzano 393 mmol/h etanolu, 406 mmol/h wody i 50 mmol/h argonu. Do elektrody wysokonapięciowej 1 doprowadzano prąd impulsowy o częstotliwości 35 kHz i mocy 1,2 W. Produkcja wodoru wynosiła 237 mmol/h, metanu 41 mmol/h, etanu 14 mmol/h i etenu 13 mmol/h. Wydajność energetyczna wytwarzania wodoru wynosiła 395 mol H2/kWh.393 mmol / h of ethanol, 406 mmol / h of water and 50 mmol / h of argon were introduced into the reactor. A pulse current of 35 kHz frequency and 1.2 W was applied to the high voltage electrode 1. The production of hydrogen was 237 mmol / h, methane 41 mmol / h, ethane 14 mmol / h and ethene 13 mmol / h. The energy efficiency for the hydrogen production was 395 mol H2 / kWh.

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że stosując reaktory plazmowe według wynalazku można skutecznie przeprowadzić reakcje etanolu z wodą, zwłaszcza wytwarzać wodór z wysoką wydajnością energetyczną.As a result of the research carried out, it was found that using the plasma reactors according to the invention, it is possible to effectively react ethanol with water, in particular to generate hydrogen with high energy efficiency.

PL 234 033 B1PL 234 033 B1

Claims (8)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Reaktor plazmowo-katalityczny według wynalazku składający się z połączonych za pomocą izolatorów z króćcami - elektrody z uziemieniem oraz umiejscowionej wewnątrz niej połączonej z obwodem zasilającym elektrody wysokonapięciowej oraz umiejscowionej pomiędzy elektrodami przegrody z materiału dielektrycznego przylegającej do wewnętrznej powierzchni uziemionej elektrody, znamienny tym, że elektroda wysokonapięciowa (1) posiada żłobienia (2) wypełnione od % do % głębokości klejem ceramicznym (3), na którego powierzchni umieszczone są ziarna katalizatora kobaltowego (4) o rozmiarze 0,3-4 mm a elektroda wysokonapięciowa (1) jest zasilana prądem o częstotliwości w zakresie 0,5-70 kHz i mocy w zakresie 0,4-3 W.1. Plasma-catalytic reactor according to the invention consisting of an electrode with ground connected by insulators with stub pipes, and a high-voltage electrode located inside it connected to the power supply circuit and a barrier made of dielectric material between the electrodes, adjacent to the inner surface of the earthed electrode, characterized in that the high voltage electrode (1) has grooves (2) filled from% to% depth with ceramic glue (3), on the surface of which there are cobalt catalyst grains (4) 0.3-4 mm in size, and the high voltage electrode (1) is supplied with current with a frequency in the range of 0.5-70 kHz and power in the range of 0.4-3 W. 2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że zasilany jest prądem przemiennym lub impulsowym.2. The reactor according to claim The method of claim 1, characterized in that it is supplied with an alternating or pulsed current. 3. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że rozmiar, kształt i liczba żłobień (2) dostosowana jest do rozmiarów geometrycznych elektrody wysokonapięciowej (1) oraz rozmiarów ziaren katalizatora ceramicznego (4).3. The reactor according to claim The method according to claim 1, characterized in that the size, shape and number of the grooves (2) are adapted to the geometric dimensions of the high voltage electrode (1) and the grain sizes of the ceramic catalyst (4). 4. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że elektroda wysokonapięciowa (1) w przekroju ma okrągły kształt.4. The reactor according to claim 1 A method as claimed in claim 1, characterized in that the high voltage electrode (1) has a circular cross section. 5. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że elektroda wysokonapięciowa (1) w przekroju ma eliptyczny kształt.5. The reactor according to claim 1 A method according to claim 1, characterized in that the high voltage electrode (1) has an elliptical cross-sectional shape. 6. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że żłobienia (2) w elektrodzie wysokonapięciowej (1) mają kształt trapezowy.6. The reactor according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the grooves (2) in the high-voltage electrode (1) are trapezoidal in shape. 7. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że żłobienia (2) w elektrodzie wysokonapięciowej (1) mają kształt trójkątny.7. The reactor according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the grooves (2) in the high-voltage electrode (1) are triangular in shape. 8. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że żłobienia (2) w elektrodzie wysokonapięciowej (1) mają kształt kołowy.8. The reactor according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the grooves (2) in the high voltage electrode (1) are circular. PL 234 033 Β1PL 234 033 Β1 RysunkiDrawings Fig. 1Fig. 1 A-AA-A Fig. 2Fig. 2 PL 234 033 Β1PL 234 033 Β1 Fig. 3Fig. 3 A-AA-A Fig. 4Fig. 4 PL 234 033 Β1PL 234 033 Β1 Fig. 5Fig. 5 A-AA-A Fig. 6Fig. 6