專(zhuān)利名稱：一種等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置和方法，屬于等離子體合成化學(xué)品
技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
過(guò)氧化氫被譽(yù)為綠色氧化劑和最清潔的化工產(chǎn)品，在液晶制造、電子芯片制造、化工、紡織、造紙、醫(yī)藥衛(wèi)生和軍工等方面有著廣泛的用途。 目前，生產(chǎn)過(guò)氧化氫的工藝方法主要是葸醌法，年產(chǎn)量已達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸，但是由于涉及葸醌和有機(jī)溶劑的使用，生產(chǎn)存在一定的污染，過(guò)氧化氫產(chǎn)品雜質(zhì)含量較高，運(yùn)輸高濃度過(guò)氧化氫有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性。 很多新的生產(chǎn)過(guò)氧化氫的工藝方法不斷被研制，如專(zhuān)利文獻(xiàn)US6432376 (2002)中介紹一種用鈀膜作催化劑催化氫、氧合成過(guò)氧化氫地的方法；國(guó)內(nèi)專(zhuān)利ZL200310105210. 9介紹了采用介質(zhì)阻擋放電等離子法室溫下直接合成過(guò)氧化氫的裝置和方法，該專(zhuān)利采用線筒式結(jié)構(gòu)，以金屬線作為放電電極，以循環(huán)水或鹽溶液作為接地極，循環(huán)水可帶出電熱，以玻璃筒壁為阻擋介質(zhì)，接通電源時(shí)，在玻璃筒壁上發(fā)生等離子放電，使流過(guò)的爆炸限內(nèi)的氫氧混合氣變成活性離子，進(jìn)而生成過(guò)氧化氫。 用鈀膜作催化劑催化氫、氧合成過(guò)氧化氫的方法，存在產(chǎn)率較低、控制困難、鈀膜容易中毒等缺點(diǎn)，一直未能工業(yè)化應(yīng)用。介質(zhì)阻擋放電等離子法室溫下直接合成過(guò)氧化氫的裝置和方法，由于需要使用氫氧混合氣，因此必須控制氫、氧氣體的比例在爆炸極限內(nèi)，即氫氣濃度為94% 100%，氧氣濃度為0% 6%，該方法在配置混合氣的時(shí)候存在一定的爆炸危險(xiǎn)，此外，由于氫、氧氣體的比例差距較大，活性物種利用率低，過(guò)氧化氫的產(chǎn)率也較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置和方法，利用該方法可以
高效、安全地制備高純度過(guò)氧化氫。 本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 本發(fā)明的一種等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置，該裝置為同軸套管式反應(yīng)器包括中心電極、隔離壁、噴嘴電極和冷卻套筒沖心電極的外側(cè)為隔離壁，中心電極與隔離壁的包圍的區(qū)域?yàn)闅錃鈪^(qū)，在氫氣區(qū)的頂端有氫氣進(jìn)氣口 ；在隔離壁的外層有噴嘴電極，在噴嘴電極的外側(cè)為冷卻套筒，冷卻套筒的內(nèi)壁與噴嘴電極包圍的區(qū)域?yàn)檠鯕鈪^(qū)，在氧氣區(qū)的頂端有氧氣進(jìn)氣口，在氧氣區(qū)的底端有排出口 ；冷卻套筒的內(nèi)壁和外壁之間的區(qū)域?yàn)槔鋮s區(qū)，在冷卻區(qū)的底端為冷卻劑進(jìn)口，在冷卻區(qū)的頂端為冷卻劑出口 ；
—種等離子體合成過(guò)氧化氫的方法，其具體步驟為 1)在等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置中通入惰性氣體，清楚內(nèi)管中的空氣，同時(shí)通入冷卻劑從冷卻劑進(jìn)口進(jìn)入冷卻套筒中并從冷卻劑出口排出冷卻套筒，在冷卻區(qū)內(nèi)達(dá)到冷卻的效果；并接通電源； 2)此時(shí)通過(guò)氫氣進(jìn)氣口向氫氣區(qū)內(nèi)通入氫氣，通過(guò)高電壓給中心電極和噴嘴電極 通電，則在中心電極和噴嘴電極之間形成等離子體放電場(chǎng)，此時(shí)氫氣區(qū)內(nèi)的氫氣受到電場(chǎng) 的作用發(fā)生電離，形成活性氫等離子體； 3)通過(guò)氧氣進(jìn)氣口向氧氣區(qū)內(nèi)通入氧氣，保持氫氣壓力高于氧氣； 4)活性氫等離子體在壓力的作用下從隔離壁上的噴嘴中噴入氧氣區(qū)，活性氫等離
子體和氧氣反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫由過(guò)量的氧氣通過(guò)排出口由收集器中的水吸收，
得到過(guò)氧化氫的水溶液，再經(jīng)處理得到過(guò)氧化氫； 上述的同軸套管式反應(yīng)器還可以為2層或2層以上隔板式反應(yīng)器。
有益效果 本發(fā)明提高過(guò)氧化氫的產(chǎn)率，氧氣不會(huì)受到電場(chǎng)激發(fā)，避免了生成活性氧，從而減 少了水的生成；此外，當(dāng)原料氫氣、氧氣純度高時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)制備高純度過(guò)氧化氫，滿足工 業(yè)、醫(yī)療、航天、軍工等行業(yè)的使用。


圖1為本發(fā)明的同軸套管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的2層隔板式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 其中，1-氫氣區(qū)、2_中心電極、3_隔離壁、4_冷卻劑進(jìn)口、5_冷卻套筒、6-冷卻 區(qū)、7_氧氣區(qū)、8_噴嘴電極、9_高電壓、10-氫氣進(jìn)氣口 、 11-氧氣進(jìn)氣口 、 12-冷卻劑出口 、 13-排出口。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1 —種等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置，如圖1所示，該裝置為同軸套管式反應(yīng)器包 括中心電極2、隔離壁3、噴嘴電極8和冷卻套筒5沖心電極2的外側(cè)為隔離壁3，中心電極 2與隔離壁3的包圍的區(qū)域?yàn)闅錃鈪^(qū)l，在氫氣區(qū)1的頂端有氫氣進(jìn)氣口 10 ;在隔離壁3的 外層有噴嘴電極8，在噴嘴電極8的外側(cè)為冷卻套筒5，冷卻套筒5的內(nèi)壁與噴嘴電極8包 圍的區(qū)域?yàn)檠鯕鈪^(qū)7，在氧氣區(qū)7的頂端有氧氣進(jìn)氣口 11，在氧氣區(qū)7的底端有排出口 13; 冷卻套筒5的內(nèi)壁和外壁之間的區(qū)域?yàn)槔鋮s區(qū)6，在冷卻區(qū)6的底端為冷卻劑進(jìn)口 4，在冷 卻區(qū)6的頂端為冷卻劑出口 12; —種等離子體合成過(guò)氧化氫的方法，其具體步驟為 1)在等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置中通入惰性氣體，清楚內(nèi)管中的空氣，同時(shí)通 入冷卻水從冷卻劑進(jìn)口 4進(jìn)入冷卻套筒5中并從冷卻劑出口 12排出冷卻套筒5，在冷卻區(qū) 6內(nèi)達(dá)到冷卻的效果；并接通電源； 2)此時(shí)通過(guò)氫氣進(jìn)氣口 10向氫氣區(qū)1內(nèi)通入氫氣，通過(guò)高電壓9給中心電極2和 噴嘴電極8通電，則在中心電極2和噴嘴電極8之間形成等離子體放電場(chǎng)，此時(shí)氫氣區(qū)1內(nèi) 的氫氣受到電場(chǎng)的作用發(fā)生電離，形成活性氫等離子體； 3)通過(guò)氧氣進(jìn)氣口 11向氧氣區(qū)7內(nèi) 入氧氣，保持氫氣壓力高于氧氣；
4)活性氫等離子體在壓力的作用下從隔離壁3上的噴嘴中噴入氧氣區(qū)7，活性氫等離子體和氧氣反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫由過(guò)量的氧氣通過(guò)排出口 13由收集器中的
水吸收，得到過(guò)氧化氫的水溶液，再經(jīng)處理得到過(guò)氧化氫。
實(shí)施例2 —種等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置，如圖2所示，該裝置為2層隔板式反應(yīng)器包括中心電極2、隔離壁3、噴嘴電極8和冷卻套筒5 ;中心電極2的外側(cè)為隔離壁3，中心電極2與隔離壁3的包圍的區(qū)域?yàn)闅錃鈪^(qū)l，在氫氣區(qū)1的頂端有氫氣進(jìn)氣口 10 ;在隔離壁3的外層有噴嘴電極8，在噴嘴電極8的外側(cè)為冷卻套筒5，冷卻套筒5的內(nèi)壁與噴嘴電極8包圍的區(qū)域?yàn)檠鯕鈪^(qū)7，在氧氣區(qū)7的頂端有氧氣進(jìn)氣口 11，在氧氣區(qū)7的底端有排出口 13 ;冷卻套筒5的內(nèi)壁和外壁之間的區(qū)域?yàn)槔鋮s區(qū)6，在冷卻區(qū)6的底端為冷卻劑進(jìn)口 4，在冷卻區(qū)6的頂端為冷卻劑出口 12; —種等離子體合成過(guò)氧化氫的方法，其具體步驟為 1)在等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置中通入惰性氣體，清楚內(nèi)管中的空氣，同時(shí)通入冷卻水從冷卻劑進(jìn)口 4進(jìn)入冷卻套筒5中并從冷卻劑出口 12排出冷卻套筒5，在冷卻區(qū)6內(nèi)達(dá)到冷卻的效果；并接通電源； 2)此時(shí)通過(guò)氫氣進(jìn)氣口 10向氫氣區(qū)1內(nèi)通入氫氣，通過(guò)高電壓9給中心電極2和噴嘴電極8通電，則在中心電極2和噴嘴電極8之間形成等離子體放電場(chǎng)，此時(shí)氫氣區(qū)1內(nèi)的氫氣受到電場(chǎng)的作用發(fā)生電離，形成活性氫等離子體； 3)通過(guò)氧氣進(jìn)氣口 11向氧氣區(qū)7內(nèi)通入氧氣，保持氫氣壓力高于氧氣；
4)活性氫等離子體在壓力的作用下從隔離壁3上的噴嘴中噴入氧氣區(qū)7，活性氫等離子體和氧氣反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫由過(guò)量的氧氣通過(guò)排出口 13由收集器中的水吸收，得到過(guò)氧化氫的水溶液，再經(jīng)處理得到過(guò)氧化氫。
權(quán)利要求
一種等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置，其特征在于該裝置為同軸套管式反應(yīng)器包括中心電極(2)、隔離壁(3)、噴嘴電極(8)和冷卻套筒(5)；中心電極(2)的外側(cè)為隔離壁(3)，中心電極(2)與隔離壁(3)的包圍的區(qū)域?yàn)闅錃鈪^(qū)(1)，在氫氣區(qū)(1)的頂端有氫氣進(jìn)氣口(10)；在隔離壁(3)的外層有噴嘴電極(8)，在噴嘴電極(8)的外側(cè)為冷卻套筒(5)，冷卻套筒(5)的內(nèi)壁與噴嘴電極(8)包圍的區(qū)域?yàn)檠鯕鈪^(qū)(7)，在氧氣區(qū)(7)的頂端有氧氣進(jìn)氣口(11)，在氧氣區(qū)(7)的底端有排出口(13)；冷卻套筒(5)的內(nèi)壁和外壁之間的區(qū)域?yàn)槔鋮s區(qū)(6)，在冷卻區(qū)(6)的底端為冷卻劑進(jìn)口(4)，在冷卻區(qū)(6)的頂端為冷卻劑出口(12)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置，其特征在于同軸套管 式反應(yīng)器還可以為2層或2層以上隔板式反應(yīng)器。
3. —種等離子體合成過(guò)氧化氫的方法，其特征在于其具體步驟為1) 在等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置中通入惰性氣體，清楚內(nèi)管中的空氣，同時(shí)通入冷 卻劑從冷卻劑進(jìn)口 (4)進(jìn)入冷卻套筒(5)中并從冷卻劑出口 (12)排出冷卻套筒(5)，在冷 卻區(qū)(6)內(nèi)達(dá)到冷卻的效果；并接通電源；2) 此時(shí)通過(guò)氫氣進(jìn)氣口 (10)向氫氣區(qū)(1)內(nèi)通入氫氣，通過(guò)高電壓(9)給中心電極 (2)和噴嘴電極(8)通電，則在中心電極(2)和噴嘴電極(8)之間形成等離子體放電場(chǎng)，此 時(shí)氫氣區(qū)(1)內(nèi)的氫氣受到電場(chǎng)的作用發(fā)生電離，形成活性氫等離子體；3) 通過(guò)氧氣進(jìn)氣口 (11)向氧氣區(qū)(7)內(nèi)通入氧氣，保持氫氣壓力高于氧氣；4) 活性氫等離子體在壓力的作用下從隔離壁(3)上的噴嘴中噴入氧氣區(qū)(7)，活性氫 等離子體和氧氣反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫由過(guò)量的氧氣通過(guò)排出口 (13)由收集器中 的水吸收，得到過(guò)氧化氫的水溶液，再經(jīng)處理得到過(guò)氧化氫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種等離子體合成過(guò)氧化氫的裝置和方法，屬于等離子體合成化學(xué)品技術(shù)領(lǐng)域。包括中心電極、隔離壁、噴嘴電極和冷卻套筒；通入冷卻劑冷卻接通電源；通入氫氣，在中心電極和噴嘴電極之間形成等離子體放電場(chǎng)，此時(shí)氫氣發(fā)生電離，形成活性氫等離子體；通入氧氣，保持氫氣壓力高于氧氣；活性氫等離子體噴入氧氣區(qū)，活性氫等離子體和氧氣反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫由過(guò)量的氧氣通過(guò)排出口由水吸收，得到過(guò)氧化氫的水溶液，再經(jīng)處理得到過(guò)氧化氫。本發(fā)明提高過(guò)氧化氫的產(chǎn)率，氧氣不會(huì)受到電場(chǎng)激發(fā)，避免了生成大量的活性氧，從而減少了水的生成；可以現(xiàn)場(chǎng)制備高純度過(guò)氧化氫，滿足工業(yè)、醫(yī)療、航天、軍工等行業(yè)的使用。
文檔編號(hào)C01B15/00GK101759154SQ200910216960
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者周軍成, 周鈞, 范海明, 董強(qiáng), 陳兆文 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所