低温等离子双电场辅助处理含二氧化碳和/或一氧化碳气体合成化合物的方法技术

本发明专利技术提供了一种低温等离子双电场辅助处理含二氧化碳和/或一氧化碳气体合成化合物的方法；本发明专利技术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，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。

Low Temperature Plasma Double Electric Field Assisted Treatment of Compounds Synthesized from Carbon Dioxide and/or Carbon Monoxide Gases

The present invention provides a method of low temperature plasma dual electric field assisted treatment of gaseous compounds containing carbon dioxide and/or carbon monoxide; the method of the invention is to use two different electrode corona discharge electric fields in a plasma assisted reactor to form plasma dual electric fields, and to feed the reaction gas into the reactor, which contains two corona discharge electric fields, and the double electric field package. Including the first and second electric fields, the first electric field is a positive corona discharge electric field, or an alternating corona discharge electric field, or other electric field source that can provide enough energy to oxidize and decompose the reacting gas molecules into atoms, ions, free radicals, etc. The second electric field is a negative corona discharge electric field, which is then reformed and reduced to obtain organic compounds such as aliphatic hydrocarbons, high carbon ethers and high carbon. Alcohols, high-carbon esters, low-carbon alcohols and so on; inorganic compounds such as N2, O2, H2SO4, NH3 and so on can also be obtained.

【技术实现步骤摘要】
低温等离子双电场辅助处理含二氧化碳和/或一氧化碳气体合成化合物的方法
本专利技术属于等离子辅助化学反应
，具体涉及一种低温等离子双电场辅助处理含二氧化碳和/或一氧化碳气体合成有机化合物和无机化合物的方法。
技术介绍
水煤气是指水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体，主要成份是一氧化碳，氢气，其组成大致为：CO2为5％、H2为50％，CO为40％，N2为5％；经燃烧后可排放水和二氧化碳。其燃烧速度是汽油的7.5倍，抗爆性好，据国外研究和专利的报导压缩比可达12.5，热效率提高20-40％、功率提高15％、燃耗降低30％，尾气净化近欧IV标准，还可用微量的铂催化剂净化。与醇、醚相比，简化制造和减少设备，成本和投资更低。压缩或液化与氢气相近，但不用脱除CO，建站投资较低。还可用减少的成本和投资部分补偿压缩(制醇醚也要压缩)或液化的投资和成本。合成气是以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种原料气。由含碳矿物质如煤、石油、天然气以及焦炉煤气、炼厂气、污泥和生物质等转化而得。生物质和污泥在热解或者气化时也会产生大量的合成气，从形成的气体成分区分的，按合成气的不同来源、组成和用途，它们也可称为煤气、合成氨原料气、甲醇合成气等。目前，人们开始研究利用水煤气和/或合成气合成清洁燃料，例如乙醇、甲醇等清洁燃料，但是在转化过程中也存在一些问题，例如目前由水煤气和/或合成气合成甲醇的多数为气相化学反应，水煤气和/或合成气通过催化剂作用，反应生成甲醇，其中的一些杂质类物质难以被除去，该类反应过程中常用到的催化剂多为负载贵金属的催化剂，水煤气和合成气中混有的杂质很容易使该类贵金属催化剂失活，进一步提高成本，因而，提供一种无催化剂，高效转化水煤气和/或合成气成为清洁燃料的方法，势必成为有效的能源技术工艺。烟道气是指煤等化石燃料燃烧时候所产生的对环境有污染的气态物质。因这些物质通常由烟道或烟囱排出得名。其成分为氮气、碳氧化物(如二氧化碳、一氧化碳)、氧气、水蒸气、氮氧化物(如一氧化氮、二氧化氮)和硫化物(如硫化氢、二氧化硫)，无机污染物等占99％以上；灰尘、粉渣和二氧化硫含量低于1％。目前，这些化石燃料的燃烧生成的废气多数是通过烟道或烟囱排向大气中，若能提供一种可以有效解决烟道气中废气的方法，并加以合理的利用，转化成清洁燃料，势必是一种更为有效的能源利用。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。
技术实现思路
本专利技术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一氧化碳和/或二氧化碳合成化合物的方法；本专利技术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NOx(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。本专利技术提供一种等离子双电场辅助气相反应的方法，所述方法包括如下步骤：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。优选地，气体依次通过第一电场和第二电场。根据本专利技术，所述反应气体是包括一氧化碳和/或二氧化碳的气体，例如是烟道气、水煤气、合成气和/或汽车尾气。优选地，所述反应气体是烟道气和水蒸气，任选与氢气混合的水煤气或合成气。优选地，所述正电晕放电电场是高压正直流电晕放电电场，还优选为高频高压正直流电晕放电电场。优选地，所述负电晕放电电场是高压负直流电晕放电电场，还优选为高频高压负直流电晕放电电场。本专利技术采用非热力学平衡等离子体技术，气体分子接受电场能量而激发，形成电子、离子、原子、自由基及分子等组成的集合体。在冷等离子体中，电子可具有大约4～6eV动能，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。电晕放电可利用非对称电极在常压放电下产生等离子体，介质阻挡放电可以在常压甚至高于大气压下，在一个绝缘介质的夹缝中放电产生重复的电子与介质碰撞，增加电流密度，强化电场强度，从而引起快速有效的化学反应。由此方式产生的等离子体内部电子速度很快，热力学温度很高(例如，11000K)而气体温度则接近室温，从而形成非平衡热力学系统，导致反应体系不受热力学平衡组成定律的限制，最大限度地将所有的反应物转化成为产品。一方面，电极喷发的电子具有足够高的能量使反应物分子激发、解离和重整，促使反应分子和离子在短时间内充分反应，转化成产物；另一方面，反应的气体又得以保持低温，或接近室温，可以让低温气体分子有效地获得化学分解或合成所需要的热力学能量迅速反应，从而减少不必要的高温高压加工的能耗。应该指出，这样的双电场激励反应系统即可以放弃或减少使用催化剂，又使得尽量避免应用高温高压过程设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子双电场辅助气相反应的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：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。

【技术特征摘要】
2017.07.03 CN 2017105346438;2017.09.07 CN 201710801.一种等离子双电场辅助气相反应的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：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。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应气体是包括一氧化碳和/或二氧化碳的气体，例如是烟道气、水煤气、合成气和/或汽车尾气。优选地，所述反应气体具体为：烟道气和水蒸气，或任选与氢气混合的水煤气或合成气。3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，通过调整等离子双电场的电场强度以制备不同的有机化合物和无机化合物，所述电场强度通过电场中心电极和相对电极之间的距离，绝缘介质是否加入以及其介电常数来调整。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，将含有一氧化碳和/或二氧化碳的气体通入反应器，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，所述第一电场是高压正直流电晕放电电场或者交流电晕放电电场，所述第二电场是高压负直流电晕放电电场，气体依次通过第一电场和第二电场。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述双电场为弱电场，含一氧化碳和/或二氧化碳的气体经过所述等离子双电场的作用，重整为包含乙醇、甲醇的气体混合物产品；或者，所述双电场为强电场，含一氧化碳和/或二氧化碳的气体经过所述等离子双电场的作用，重整为包含脂肪烃、高碳醚、高碳醇、高碳酯等有机化合物，或者N2、O2、H2SO4、NH3等无机化合物。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏亚沈，陈锋，马晓迅，
申请(专利权)人：海加控股有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81