[發明專利]一種等離子電場輔助甲醇合成有機物的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010023340.1
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN113105306B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 夏亞沈;陳鋒;馬曉迅
• 申請（專利權）人: 海慧特旗科氫動力（山東）有限公司
• 主分類號: C07C29/32
• 分類號: C07C29/32;C07C31/08;C07C43/30;C07C41/56;C07C67/00;C07C69/14;C07C1/20;C07C15/06;B01J19/08
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 田芳;呂少楠

本發明提供一種等離子電場輔助甲醇合成有機物的裝置及方法。該方法包括如下步驟：將含甲醇氣的原料氣送入等離子電場單元中進行分解和合成，得到有機混合物，等離子電場單元中電場的數量至少為一個，且等離子電場單元中至少含有一個高壓直流負電場。本發明采用至少含有一個高壓直流負電場的等離子電場單元，并可根據前一電場中產物的合成情況、以及最終所需得到的產物，調整原料氣的進料情況和后一電場的選擇，使得有機物的合成更為靈活機動，且能夠獲得高產率的終產品。

技術領域

本發明屬于等離子輔助化學反應技術領域，具體涉及一種電場輔助甲醇生產有機物的裝置及方法。

背景技術

等離子體是氣體分子接受熱或電場等能量而激發，形成電子、離子、原子、自由基及分子等組成的集合體，其中的正負電荷數基本相等，故稱為等離子體。根據等離子體能量狀態、溫度和離子密度，可分為高溫、熱和冷等離子體。在冷等離子體中，電子可具有5eV以上的動能，分子、自由基及原子等可處在從室溫至數百度范圍內。具有足夠能量的電子可與氣體分子發生非彈性碰撞使其轉化為激發態粒子、自由基(或原子)及離子等活性粒子，使反應物活化，常常能使動力學上較難進行的催化反應在較低溫度下進行。

常見的冷等離子體發生技術包括無聲放電、電暈放電、輝光放電、微波放電和射頻放電等。其中無聲放電和電暈放電能夠在常壓產生冷等離子體。電暈放電利用非對稱電極放電，可在低溫下產生高能電子，而無聲放電是電極間存在絕緣介質的氣體放電，絕緣介質可避免電極間發生火花放電或電弧放電。

目前，冷等離子體技術已成為環境治理、能源開發等領域的前沿熱點課題，利用等離子體反應凈化空氣，脫硫脫硝，轉化氣體等研究已廣泛開展，但是從未見報道涉及上述冷等離子體發生技術的組合，尤其涉及等離子體的電場組合裝置及應用。

近年來，全球范圍內面臨嚴重的能源危機，尋找新型可替代能源已成為各國未來能源戰略的關鍵。這其中，乙醇具有可再生、高效、低耗資、安全等特點，乙醇作為燃料，可直接用作液體燃料或者同汽油混合使用，減少對石油這種不可再生能源的依賴，從而保障本國能源的安全。

目前乙醇的制備方法分為發酵法和化學法。發酵法生產乙醇是以糧食(如谷物、薯類以及糖質原料)為原料的工藝為主，發酵法一方面生產成本高、效率較低，另一方面與人爭糧，有待發展以非糧食生物質為原料高效轉化為乙醇的發酵法。化學法分為乙烯水合法、催化轉化合成氣法和催化轉化乙酸乙酯法。乙烯水合制備乙醇為可逆反應，存在乙烯轉化率不高、且反應需要在高壓下進行，原料依賴化石資源；而催化轉化合成氣制備乙醇的工藝，又需要使用貴金屬催化劑；催化乙酸乙酯加氫生產乙醇的工藝則存在成本高、能耗高等問題。因此，有待進一步發展制備乙醇的新方法。

甲醇是最簡單的飽和一元醇，甲醇工業近年來得到了迅速發展。當前，煤制甲醇的產能幾乎全部位于中國。據報道，截至2018年底全國共有產能8650.5萬噸。然而，根據有關單位測算，中國汽車未來燃料乙醇(6000元/噸)缺口至少1500萬噸，全靠糧食發酵生產乙醇對缺糧大國并不現實。

另外，乙酸乙酯作為一種用途廣泛的精細化工產品，是一種重要的有機化工原料和工業溶劑，為高附加值產品。工業合成乙酸乙酯常用方法為乙醇氧化法。顯然在乙醇生產成本高、能耗高的前提下，乙酸乙酯的合成成本也一直居高不下。

如何開發以甲醇為主要原料制備乙醇、乙酸乙酯等有機物的新合成路線，拓展甲醇的下游用途，減少對石油的依賴；既不與人爭糧，又可以充分利用我國豐富的甲醇，成為亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明提供一種等離子電場輔助甲醇合成有機物的方法，所述方法包括如下步驟：將含甲醇氣的原料氣送入等離子電場單元中進行分解和合成，得到有機混合物，所述等離子電場單元中電場的數量至少為一個，且所述等離子電場單元中至少含有一個高壓直流負電場。