[发明专利]一种等离子电场辅助甲醇合成有机物的装置及方法

说明书

本发明提供一种等离子电场辅助甲醇合成有机物的装置及方法。该方法包括如下步骤：将含甲醇气的原料气送入等离子电场单元中进行分解和合成，得到有机混合物，等离子电场单元中电场的数量至少为一个，且等离子电场单元中至少含有一个高压直流负电场。本发明采用至少含有一个高压直流负电场的等离子电场单元，并可根据前一电场中产物的合成情况、以及最终所需得到的产物，调整原料气的进料情况和后一电场的选择，使得有机物的合成更为灵活机动，且能够获得高产率的终产品。

技术领域

本发明属于等离子辅助化学反应技术领域，具体涉及一种电场辅助甲醇生产有机物的装置及方法。

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，尤其涉及等离子体的电场组合装置及应用。

近年来，全球范围内面临严重的能源危机，寻找新型可替代能源已成为各国未来能源战略的关键。这其中，乙醇具有可再生、高效、低耗资、安全等特点，乙醇作为燃料，可直接用作液体燃料或者同汽油混合使用，减少对石油这种不可再生能源的依赖，从而保障本国能源的安全。

目前乙醇的制备方法分为发酵法和化学法。发酵法生产乙醇是以粮食(如谷物、薯类以及糖质原料)为原料的工艺为主，发酵法一方面生产成本高、效率较低，另一方面与人争粮，有待发展以非粮食生物质为原料高效转化为乙醇的发酵法。化学法分为乙烯水合法、催化转化合成气法和催化转化乙酸乙酯法。乙烯水合制备乙醇为可逆反应，存在乙烯转化率不高、且反应需要在高压下进行，原料依赖化石资源；而催化转化合成气制备乙醇的工艺，又需要使用贵金属催化剂；催化乙酸乙酯加氢生产乙醇的工艺则存在成本高、能耗高等问题。因此，有待进一步发展制备乙醇的新方法。

甲醇是最简单的饱和一元醇，甲醇工业近年来得到了迅速发展。当前，煤制甲醇的产能几乎全部位于中国。据报道，截至2018年底全国共有产能8650.5万吨。然而，根据有关单位测算，中国汽车未来燃料乙醇(6000元/吨)缺口至少1500万吨，全靠粮食发酵生产乙醇对缺粮大国并不现实。

另外，乙酸乙酯作为一种用途广泛的精细化工产品，是一种重要的有机化工原料和工业溶剂，为高附加值产品。工业合成乙酸乙酯常用方法为乙醇氧化法。显然在乙醇生产成本高、能耗高的前提下，乙酸乙酯的合成成本也一直居高不下。

如何开发以甲醇为主要原料制备乙醇、乙酸乙酯等有机物的新合成路线，拓展甲醇的下游用途，减少对石油的依赖；既不与人争粮，又可以充分利用我国丰富的甲醇，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种等离子电场辅助甲醇合成有机物的方法，所述方法包括如下步骤：将含甲醇气的原料气送入等离子电场单元中进行分解和合成，得到有机混合物，所述等离子电场单元中电场的数量至少为一个，且所述等离子电场单元中至少含有一个高压直流负电场。