本发明专利技术涉及负电性等离子体辅助的二氧化碳减排加工方法与设备，具体而言，公开了采用完全负电性等离子体辅助实现二氧化碳气体还原成有用产品的方法和设备。在一个反应容器内，采用不同的放电方法，从可离子化气体分子气体中产生负离子，使之与二氧化碳发生还原反应生产有用产品。当采用这种二氧化碳转化方法和设备时，在含有二氧化碳的容器中，通入至少一种可夹带额外电子或可负离子化的气体，如氨气、碘气、溴气、氯气、水汽和氢气等，利用产生可离子化气体带电负离子的方法和设备转化二氧化碳成为可用的产品，如尿素、四碘甲烷、四溴甲烷、四氯甲烷、甲烷和甲醇等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开一种非平衡负电性等离子辅助二氧化碳转化方法和设备，即在含有二氧化碳的容器中，通入至少一种可抓住额外电子负离子化的气体，如氨气、碘气、溴气、氯气、水汽和氢气等，利用产生的气体带电负离子的方法和设备，转化二氧化碳成为可用的产品，如尿素、四碘甲烷、四溴甲烷、四氯甲烷、甲烷和甲醇等。
技术介绍
全球变暖已成为不容忽视的事实。温室气体，如H20、CO2, CH4、氟氯烃和氮氧化物等大量排放是最主要的原因。温室气体中主要成分二氧化碳主要是化石燃料和有机化合物燃烧后形成的产物，约占温室气体的三分之二 ，同时又是最为丰富的碳资源，其资源化方法越来越受到人们的重视。目前国际上倾向于将二氧化碳看作廉价的资源材料，采用·化学方法将其转化为大宗化工原料，从而实现变废为宝的目标。这个方向有机会成为一条实现碳减排重要理想的途径。但是，二氧化碳是一种极稳定的气体，在常温常压条件下处理非常困难。目前，分解二氧化碳的方法主要有生物活化、配位活化、光化学辐射活化、电化学还原活化、以及离子体活化等。例如，在常温常压条件下，在无声放电反应器中以A型分子筛为催化剂从甲烷和二氧化碳可以合成烃和合成气 ;二氧化碳在电晕放电条件下的特性已经被研究;在室温、常压下利用脉冲放电方法可以重整CH4和CO2 (或H2O)制备合成气M ;利用扇形交流辉光非平衡等离子体反应装置可以使(或He)混合气发生等离子体反应，使CO2分解。
技术实现思路
本专利技术涉及负电性非热等离子体处理方法和设备，这一设备采用负电晕或相似技术在一个容器内处理可夹带额外电子的可离子化气体，产生气体负离子，就是附带一个额外电子的分子或原子，然后与二氧化碳实施还原反应，产生资源化产品。本专利技术的方法运用负电性等离子方法产生的电子附着可离子化气体成为负离子气体。例如，使用负电晕技术，在一个容器内使可离子化气体成为负离子气体。本专利技术的方法和设备包括可产生负电压的部件，可由针尖负电晕放电或其他方法喷发电子，产生负电性气体离子或非热等离子体。一旦放电产生足够的电子与可离子化气体相遇，则由于气体分子或原子具有一定电子亲和力，或者足够极性，将容易夹带额外电子成为负电性离子，成为还原剂，能量增加，在温和条件下直接还原二氧化碳，避免了热力学平衡限制，合成常规室温反应过程不可能产生的资源化产品。本专利技术的更详细的目标和优点将在后文作详细描述。为了帮助充分理解本专利技术的应用范围，下面介绍本专利技术所涉及的具体方法和设备的不同方面。附图说明图1显示与本专利技术相关的非平衡负电性等离子体反应器的实施方案。具体实施例方式在进一步描述本专利技术之前，首先将用于规格、实例和专利权利要求中的主要术语汇总于后。对这些术语的定义应作为公开的内容，使一般技术人员能够理解。除非他处另有定义，下列技术和科学术语的含义均与操作类似技术，且具有一般工艺水平人员通常的理解相同。术语“包括”指包含所有元件，广意上，其它元件亦可在包涵之中。术语“包括”指“包括但不限于”。“包括”和“包括但不限于”两种含义相同的说法在本文交替使用。 术语“离子”指通常呈电中性的原子、一组原子，或亚原子微粒由于损失(或增加)电子而达到的离子状态。术语“可离子化气体”指其分子或原子有能力变成有电性离子的气体。术语“非平衡等离子体”指这样一类等离子体，仅其电子处于高温(电子具有较高的能量)，而离子和中性分子则处于常温(离子或分子具有较低的能量)。术语“负电性等离子体”指由负电性离子、自由电子和中性粒子组成的类似气体的物质状态。首先说明本专利技术用来还原二氧化碳的方法。在一个示意性的实例中，利用负电晕放电非平衡等离子技术，可同时处理碘气和二氧化碳，产生负离子碘、一氧化碳和电子混合物，构造非平衡反应环境，将二氧化碳还原成四碘甲烷。根据传统热力学理论，在无负电晕电流和非等离子环境，在室温，碘气和二氧化碳合成四碘甲烷反应过程为2I2+C02 — CI4(s)+02 (I)AG。=+597. 13kJ/mol2I2+C0 — CI4(s)+1/202 (2)AG0 = +319. 61kJ/mol由于AG°>>0，上式(I)、(2)在热力学上是不可行的。实验也发现，即使温度提高到70°C，当二氧化碳和碘气在无负电晕放电情况下，二氧化碳转化率几乎为零，说明还原过程是不可行的。但是，在非平衡等离子系统中利用负电晕输入电子，在温度70°C时，产生的碘负离子能量大大提高，改变了系统内自由能的分布，逆转了反应过程的运行方向，导致负离子作为还原剂在常压与原料气二氧化碳发生作用，就可以成功合成四碘甲烷。结果表明，二氧化碳转化率达到88%以上。对于负电性非平衡碘等离子体还原二氧化碳过程，系统引入碘气，主要机理为/2 + e— 4 /2— (3. 06eV) (3)对于单纯二氧化碳与负电晕电子相互作用，可能的反应如下C02+e_ — C0+l/202+e_ (2. 9eV)(4)当负离子碘与二氧化碳和一氧化碳相遇，可能发生21； +CO^ CI4 (s) +1/2 O2 + e-(5)21； + CO2 — CI4 (s) + O2 + e—(6)在另一实例中，对于负电性非平衡氨气等离子体还原二氧化碳过程，系统引入极性分子氨气，主要机理为NH3 + e— 4 NH-(7)当氨负离子与二氧化碳和一氧化碳相遇，可能发生 2NH- +CO^ CO(NH2)2 + H2O + e—(8)2NH- + CO2 — CO(NH2 )2 + H2O + e— (9)业已发现，在负电晕放电条件下，仅仅输入负电晕电流，不需要采用高温高压传统工艺过程，不需要贵金属催化剂，在常压和温度70°C就可以还原二氧化碳生产出资源化产品尿素，转化率可以达到90%。因此，通过本专利技术方法和设备，可运用非平衡等离子体技术，将气体离子化或处理成等离子体，然后通入反应容器，作为还原性气体。本专利技术的优点在于使气体非平衡等离子体(主要包括负离子)拥有较高能量和强大的还原能力，在常压与二氧化碳作用，就能够将二氧化碳还原为可用的产品。等离子体反应容器包括负高电压电源，可产生气体负离子。比如，可在一个反应器容器内装备负电晕放电元件电极，产生负离子化气体分子，这些负离子随后与二氧化碳反应产生有用产品。在等离子体辅助反应容器内，负电晕放电部件可以由一系列电极组成，施加负电压可造成负电晕与电子亲和力比较大，或者极性可离子化气体的相互作用，产生主要由可离子化气体负离子组成的非平衡等离子体。这种等离子体可成为活化还原剂，导致二氧化碳还原。为了产生非平衡等离子体，可以在容器内，于可离子化气体气分子气流中以负高电压电场生成负电晕放电。负电晕放电可以产生包含电子、负离子和可离子化气体原子的环境。在可离子化气体分子内负电晕放电可以产生电离气体，与二氧化碳进行反应。在不同电力功率条件下，对电极施加偏负高电压(如从-1千伏到-15千伏)时，可以产生具有负电性离子。负电晕放电能够构造一个密集的离子环境，从而产生电子、气体负离子。当输入可离子化气体通过反应容器时，将产生高密度非平衡等离子体(包括气体负离子)，这些离子可与二氧化碳产生还原反应生成有用产品。气体负离子也可由其它非热等离子体技术产生，包括高频率方法，如射频等离子体(RF)，微波等离子体、引发耦合等本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使用可带电离子化气体还原二氧化碳的方法，所述方法包括：(a)至少一种可离子化气体与二氧化碳相接触；(b)对所述至少一种可离子化气体施加一个负电压电场，所述负电压电场足以引发包含可离子化气体的负电性非平衡等离子体；(c)所述负电性非平衡等离子体与二氧化碳接触时，与二氧化碳反应合成产品。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏亚沈，陈烽，马录，葛岩，欧阳艳姬，
申请(专利权)人：海加能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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