[发明专利]低温等离子双电场辅助处理含甲烷气体合成化合物的方法

说明书

本发明提供了一种低温等离子双电场辅助处理含甲烷气体合成化合物的方法；本发明的方法是利用等离子双电场辅助反应器中的两个不同电极性电晕放电电场以形成等离子双电场，将反应气体通入反应器，所述反应器含有电晕放电双电场，所述双电场包括第一电场和第二电场，所述第一电场是正电晕放电电场，或者交流电晕放电电场，或者其他可提供足够能量将反应气体分子氧化分解为原子、离子、自由基等的电场源；所述第二电场为负电晕放电电场，再经重整和还原后得到有机化合物如脂肪烃、高碳醚、高碳醇、高碳酯、低碳醇等等；还可以得到无机化合物如N₂、O₂、H₂SO₄、NH₃等等。

技术领域

本发明属于等离子辅助化学反应技术领域，具体涉及一种低温等离子双电场辅助处理含甲烷气体合成有机化合物和无机化合物的方法。

背景技术

等离子体是气体分子接受热或电场等能量而激发，形成电子、离子、原子、自由基及分子等组成的集合体，其中的正负电荷数基本相等，故称为等离子体。根据等离子体能量状态、温度和离子密度，可分为高温、热和冷等离子体。在冷等离子体中，电子可具有5eV以上的动能，分子、自由基及原子等可处在从室温至数百度范围内。具有足够能量的电子可与气体分子发生非弹性碰撞使其转化为激发态粒子、自由基(或原子)及离子等活性粒子，使反应物活化，常常能使动力学上较难进行的催化反应在较低温度下进行。

常见的冷等离子体发生技术包括无声放电、电晕放电、辉光放电、微波放电和射频放电等。其中无声放电和电晕放电能够在常压产生冷等离子体。电晕放电利用非对称电极放电，可在低温下产生高能电子，而无声放电是电极间存在绝缘介质的气体放电，绝缘介质可避免电极间发生火花放电或电弧放电。

目前，冷等离子体技术已成为环境治理、能源开发等领域的前沿热点课题，利用等离子体反应净化空气，脱硫脱硝，转化气体等研究已广泛开展，但是从未见报道涉及上述冷等离子体发生技术的组合，尤其涉及低温等离子双电场辅助气相反应合成有机化合物和无机化合物的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种更为有效的低温等离子双电场辅助处理含甲烷气体合成化合物的方法；本发明的方法是利用等离子辅助反应器中的两个不同电极性电晕放电电场以形成等离子双电场，利用电能将气体转化为气体分子、原子、离子和/或自由基，再经重整和还原后得到有机化合物或无机化合物。实现上述方法的装置包括具有两个不同电晕放电电场的等离子体区域的反应器，所述电晕放电电场例如是顺次连接的第一电场和第二电场，其中，在第一电场中设置交流电晕放电电场或正电晕放电电场，在第二电场中设置负电晕放电电场，即先在电子作用下发生强氧化，然后再实施强还原和重整，生成目标产品。在交流电晕放电电场或正电晕放电电场中可以使用各种气体分子，例如CH₄、CO₂、CO、O₂、H₂、H₂S、H₂O、SO₂和NO_x(例如包括NO或NO₂)，在此电场内发生氧化或分解以产生各种活性组分，如O₃、H^-、H、CH₃和CO，而在随后的负电晕放电电场中，氧化或分解产生的气体的分子、原子、离子和/或自由基在密集喷发的大量电子群中趋于夹带电子运动，迅速聚集碰撞，被强制还原和重整为更为稳定的产品，所述产品例如，可包括以下有机物的一种或多种，如脂肪烃(如庚烷、16烷、18烷和20烷)、高碳醚(如乙二醇但十二烷基醚)、高碳醇(如十二醇、十四醇)、高碳酯(如十六酸甲酯、十八酸甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异辛酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯等)、低碳醇(如CH₃(OH),C₂H₅(OH)等)和CO(NH₂)₂，无机化合物如N₂、O₂、H₂SO₄、NH₃等。