[发明专利]涂覆刀片电极的方法、刀片电极、滑动弧等离子体反应器和等离子体转化甲烷的方法

说明书

本发明涉及等离子体领域，公开了涂覆刀片电极的方法、刀片电极、滑动弧等离子体反应器和等离子体转化甲烷的方法，该方法包括：采用原子层沉积法应用涂覆材料对滑动弧等离子体反应器中的刀片电极进行涂覆以在所述刀片电极的表面获得含有层叠设置的至少两个单层原子层沉积金属氧化物薄膜的镀层，所述镀层为半导体材料，其中，所述镀层的层数为至少两层，且形成任意相邻两个所述镀层的涂覆材料不同。本发明提供的方案通过对刀片电极的表面涂覆电介质层将刀片电极进行改性，能够使得甲烷直接高效转化为乙烯，并且能够降低能耗，有效抑制积碳，无COsubgt;2/subgt;产生，乙烯收率高，没有燃爆风险，更加安全环保。

技术领域

本发明涉及等离子体领域，具体涉及涂覆刀片电极的方法、刀片电极、滑动弧等离子体反应器和等离子体转化甲烷的方法。

背景技术

等离子体甲烷转化技术在国内从上世纪80年代开始研究，从2000年开始逐渐形成专利技术。

CN1360008A公开了一种采用等离子体转化甲烷和二氧化碳制备汽油的方法，该方法中加入了CO₂作为另一种反应物且主要产物为汽油。CN1552680A公开了热等离子体裂解含甲烷气体制乙炔方法，主要采用甲烷作原料，以乙炔为主要副产物。CN100999432A公开了离子液体催化等离子体甲烷转化制C₂烃的方法。CN101734620A公开了一种富甲烷气等离子体制氢气的方法。

西南化工研究设计院公布了一系列等离子体裂解甲烷的专利技术，主要针对等离子体转化甲烷制备炭黑或乙炔与氢气工艺进行开发，更加侧重的是工艺的设计与优化。

清华大学、太原理工大学以及新疆天业集团联合开发了等离子体裂解煤制乙炔工艺，主要使用煤做原料，天然气辅助制备乙炔与氢气，其工作气为氢气。

浙江大学主要针对等离子体在线清焦的方法进行了开发，可通入CO₂或 H₂，去除电极表面积碳。还开发了一种旋转弧等离子体裂解甲烷制备乙炔，工作气体旋转进入放电间隙，同时外部采用磁场驱动，发生毫秒级裂解。

通过对国外文献专利分析总结发现，转化甲烷生成烯烃的方法最初主要是以电弧裂解甲烷技术为主，其主要产品为乙炔，由于过程中容易产生积碳生成炭黑，因此以炭黑为副产品。

另有研究者发现，通过改变进气流量或掺入惰性气体能够调节产物分布。该技术在国外已经实现工业化，其中包括四种工艺：HUELS法、AVCO法、 Du Pont法和罗马尼亚法。

通过文献对比发现，利用电弧产生高温裂解天然气生成乙炔，其电能利用率低，每生产1吨乙炔约耗电能13900kWh，占成本50％以上，因此改变反应器结构达到节能降耗的目的，是国外专利文献中进行创新的重点之一。

在上述技术的基础上，后续逐渐开发了一系列“温”等离子体技术以及“冷”等离子体技术，通过改变能量发生形式，降低能耗，并加入催化剂进行耦合作用，定向转化甲烷为目标产物。目前该工艺仍在探索中，已有中试装置，但工业装置未见报道。

综上可知，针对天然气等离子体转化制乙烯方面的研究，大多采用等离子体催化耦合形式进行，介质阻挡放电主要产生乙烷，热等离子体或滑动弧等离子体的产物以乙炔为主，目前并没有一种等离子体形式可以直接产生乙烯。

另外，CN106925086A公开了一种有机废气的等离子降解处理装置，该等离子处理装置为等离子反应器，包括反应器筒体、位于反应器筒体顶端的气体进口、反应器底端的气体出口、位于反应器筒体内的等离子放电电极、用于给等离子放电装置供电的电源接口；所述反应器筒体上设置有使滑动电弧面积及长度得以扩大的能量利用装置。所述能量利用装置为扩弧杆、扩弧板或者二者联合使用。然而，该反应器用于定向转化甲烷时，甲烷转化率低，烯烃选择性低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有等离子体技术存在的转化甲烷生成乙烯的转化效率低的缺陷。