[go: up one dir, main page]

RU2841079C2 - Plasma reactor with sliding arc and method of methane conversion using plasma - Google Patents

Plasma reactor with sliding arc and method of methane conversion using plasma Download PDF

Info

Publication number
RU2841079C2
RU2841079C2 RU2024112885A RU2024112885A RU2841079C2 RU 2841079 C2 RU2841079 C2 RU 2841079C2 RU 2024112885 A RU2024112885 A RU 2024112885A RU 2024112885 A RU2024112885 A RU 2024112885A RU 2841079 C2 RU2841079 C2 RU 2841079C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
arc
electrode
shaped surface
reactor
gas
Prior art date
Application number
RU2024112885A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2024112885A (en
Inventor
Цзинь ЧЖАН
Вэй СЮЙ
Чжэ ЯН
Минчуань ЧЖОУ
Цзюньпэн ЖЭНЬ
Те ЧЖАН
Фэн СУНЬ
Цзе ЦЗЯН
Бин СУНЬ
Original Assignee
Чайна Петролиум энд Кемикал Корпорейшн
Синопек Рисерч Инститьют Оф Сейфти Инджиниринг Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чайна Петролиум энд Кемикал Корпорейшн, Синопек Рисерч Инститьют Оф Сейфти Инджиниринг Ко., Лтд. filed Critical Чайна Петролиум энд Кемикал Корпорейшн
Publication of RU2024112885A publication Critical patent/RU2024112885A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2841079C2 publication Critical patent/RU2841079C2/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to a sliding arc plasma reactor comprising a reactor chamber and a sliding arc plasma generator placed in the reactor chamber. Sliding arc plasma generator comprises at least two electrodes (3) with an arcuate surface arranged in a symmetrical manner, wherein all discharge surfaces of each electrode with an arc-shaped surface are arc-shaped surface structures, wherein electrode (3) with an arc-shaped surface is a completely closed arc-shaped surface structure and is a rod-like electrode or a hollow tubular electrode, or electrode (3) with an arcuate surface is a semi-closed arcuate surface structure. Central angle corresponding to each electrode with arc-shaped surface is equal to α, where 360° > α ≥ 60° , and location of electrodes with arc-shaped surface provide formation of discharge zone between said electrodes (3). At that, sliding arc plasma generator further comprises gas nozzle (2) and base (6), wherein electrode (3) with arc-shaped surface is located on base (6), and gas nozzle (2) is located on base (6) and/or electrode (3) with arc-shaped surface, so that reaction gas can enter plasma reactor with sliding arc from inlet hole (1) of reactor through gas nozzle (2), wherein electrode (3) with arc-shaped surface is connected to base (6) by means of active connection mechanism so that position of electrode (3) with arc-shaped surface can be adjusted both in vertical and horizontal directions. Invention also relates to a method of converting methane using plasma.
EFFECT: use of the present invention enables efficient conversion of methane directly to an olefin.
20 cl, 2 dwg, 8 ex

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Приоритет настоящей заявки испрашивается по заявкам на патент Китая №№202111567211.Х, 202111565360.2, 202111567220.9, 202111567216.2, 202111567218.1, 202111565366. X, 202111565369.3, 202111567199.2, 202111567219.6, поданным 20 декабря 2021 года, содержание которых включено в данный документ посредством ссылки.The present application claims priority from Chinese Patent Applications Nos. 202111567211.X, 202111565360.2, 202111567220.9, 202111567216.2, 202111567218.1, 202111565366.X, 202111565369.3, 202111567199.2, 202111567219.6, filed on December 20, 2021, the contents of which are incorporated herein by reference.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИAREA OF TECHNOLOGY

Данное изобретение относится к области химического производства энергии, в частности к плазменному реактору со скользящей дугой и способу конверсии метана с помощью плазмы.This invention relates to the field of chemical energy production, in particular to a sliding arc plasma reactor and a method for converting methane using plasma.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Технология плазменной конверсии метана исследуется в Китае на протяжении последних 80 лет и с 2000 года постоянно патентуется.Plasma methane conversion technology has been researched in China for the past 80 years and has been continuously patented since 2000.

В документе CN 100999432 A описан способ обработки С2-углеводородов путем ионно-жидкостной каталитической плазменной конверсии метана, при этом действие патентных прав было прекращено в 2015 году.Document CN 100999432 A describes a method for processing C2 hydrocarbons by ionic liquid catalytic plasma methane reforming, but the patent rights were terminated in 2015.

В документе CN 101734620 A описан способ получения водорода с помощью газовой плазмы, обогащенной метаном, при этом действие патентных прав было прекращено в 2014 году.Document CN 101734620 A describes a method for producing hydrogen using methane-rich gas plasma, but the patent rights were terminated in 2014.

Юго-западный химический научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт опубликовал серию патентов на технологию плазменного крекинга метана (CN 210367505 U, CN 109294284 A, CN 106478332 A и CN 101921163 А), причем данная технология в основном разработана с целью получения технического углерода или ацетилена и водорода путем конверсии метана с помощью плазмы, при этом особое внимание уделено конструкции и оптимизации технологии.Southwest Chemical Research and Design Institute has published a series of patents on plasma methane cracking technology (CN 210367505 U, CN 109294284 A, CN 106478332 A and CN 101921163 A), and this technology is mainly developed for the purpose of producing carbon black or acetylene and hydrogen by converting methane with plasma, with special attention paid to the design and optimization of the technology.

Технология получения ацетилена с помощью плазменного крекинга угля (CN 203582763 U, CN 102068953 A, CN 101734620 A, CN 101550057 A, CN 101734995 A и CN 1613839 A) совместно разработана Университетом Цинхуа, Технологическим Университетом Тайюаня и компанией Xinjiang Tianye Co., Ltd., при этом в качестве сырья в основном используют уголь, для получения ацетилена используют природный газ и дополнительно водород, а рабочим газом является водород.The technology of producing acetylene by plasma cracking of coal (CN 203582763 U, CN 102068953 A, CN 101734620 A, CN 101550057 A, CN 101734995 A and CN 1613839 A) is jointly developed by Tsinghua University, Taiyuan University of Technology and Xinjiang Tianye Co., Ltd., using coal as the raw material mainly, natural gas and additionally hydrogen as the acetylene, and hydrogen as the working gas.

Чжэцзянский университет в основном занимается разработкой поточного способа плазменного удаления кокса (CN 104056828 A и CN 104056829 А), при этом для удаления углерода с поверхности электрода могут быть введены СО2 или H2. Для расщепления метана с получением ацетилена также используют вращающуюся плазменную дугу (С 103333044 А, CN 101844744 A), причем рабочий газ вращается, попадая в разрядный промежуток, и одновременно с этим, вследствие воздействия внешнего магнитного поля, происходит миллисекундный крекинг.Zhejiang University mainly develops a continuous plasma coke removal method (CN 104056828 A and CN 104056829 A), where CO2 or H2 can be introduced to remove carbon from the electrode surface. Rotating plasma arc (C 103333044 A, CN 101844744 A) is also used to split methane to produce acetylene, where the working gas rotates while entering the discharge gap, and at the same time, millisecond cracking occurs due to the action of an external magnetic field.

В настоящее время зарубежные исследования в данной области показывают, что углеводородные продукты, образующиеся при конверсии метана с помощью плазмы, в основном относятся к двум типам, при этом один тип, как правило, содержит алканы, такие как этан и т.п., а другой тип в основном содержит ацетилен.At present, foreign research in this field shows that the hydrocarbon products formed during methane conversion using plasma mainly belong to two types, where one type generally contains alkanes such as ethane, etc., and the other type mainly contains acetylene.

Исследователи обнаружили, что распределение продуктов можно регулировать, изменяя расход подаваемого газа или добавляя инертные газы. Технология была внедрена за рубежом в промышленном масштабе и включает четыре процесса: метод HUELS, метод AVCO, метод Du Pont и румынский метод.The researchers found that the distribution of products could be controlled by changing the flow rate of the supplied gas or adding inert gases. The technology was implemented abroad on an industrial scale and includes four processes: the HUELS method, the AVCO method, the Du Pont method and the Romanian method.

Как следует из сравнения литературных данных, применение электрической дуги с образованием высокотемпературного крекированного природного газа для получения ацетилена имеет низкий коэффициент использования электроэнергии, при этом на производство 1 тонны ацетилена расходуется 13900 кВт/ч, и затраты составляют более 50% от общей стоимости, так что задача по экономии энергии и снижению расходов решается путем изменения конструкции реактора, и согласно зарубежной патентной литературе указанный способ является одним из ключевых инновационных решений.As follows from the comparison of literature data, the use of an electric arc with the formation of high-temperature cracked natural gas to produce acetylene has a low energy efficiency, while the production of 1 ton of acetylene consumes 13900 kW/h, and the costs account for more than 50% of the total cost, so the problem of saving energy and reducing costs is solved by changing the reactor design, and according to foreign patent literature, this method is one of the key innovative solutions.

В процессе дальнейших действий на основании данной технологии последовательно разрабатываются технологии «теплой» и «холодной» плазмы, энергопотребление снижают путем изменения способа получения энергии, а для образования связей добавляют катализатор, так что метан целенаправленно преобразуется в требуемый продукт. В настоящее время данный процесс все еще находится в стадии исследования.In the process of further actions based on this technology, "warm" and "cold" plasma technologies are successively developed, energy consumption is reduced by changing the method of energy production, and a catalyst is added to form bonds, so that methane is purposefully converted into the desired product. At present, this process is still in the research stage.

Тханячотпаибоон (Thanyachotpaiboon) и другие авторы (статья «Conversion of methane to high hydrocarbons in AC noneqmlibrrum plasmas» [«Превращение метана в высокоуглеводородные соединения в неравновесной плазме переменного тока»], опубликованная в журнале AIChE Journal, 1998, 44(10): 2252-7) проанализировали конверсию метана с использованием DBD разряда (диэлектрического барьерного разряда) при комнатной температуре и изучили влияние добавления Не и C2H6 на конверсию в метановом разряде. Когда в качестве реагента используется только CH4, при увеличении напряжения разряда (с 6 до 11 кВ) скорость преобразования CH4 увеличивается, а селективность продукта практически не меняется: в основном продуктами являются С2Н6 и C3H8; конверсия CH4, полученная при расходе CH4, равном 20 мл/мин, и напряжении разряда, равном 11 кВ, составляет около 23%, а селективность продуктов С2Н6, C3H8, С4Н10 и С2Н4 составила 40%, 15%, 5% и 2%, соответственно.Thanyachotpaiboon et al. (article "Conversion of methane to high hydrocarbons in AC noneqmlibrrum plasmas" published in AIChE Journal, 1998, 44(10): 2252-7) analyzed the conversion of methane using DBD (dielectric barrier discharge) discharge at room temperature and studied the effect of adding He and C 2 H 6 on the conversion in methane discharge. When only CH 4 is used as a reactant, with the increase of discharge voltage (from 6 to 11 kV), the conversion rate of CH 4 increases and the product selectivity remains almost unchanged: the main products are C 2 H 6 and C 3 H 8 ; The conversion of CH4 obtained at a CH4 flow rate of 20 ml/min and a discharge voltage of 11 kV was about 23%, and the selectivity of the products C2H6 , C3H8 , C4H10 , and C2H4 was 40 %, 15 %, 5%, and 2%, respectively.

Рнеангйитт Н. (RUEANGJITT N) и другие авторы (статья «Non-oxidative reforming of methane in a mini-gliding arc discharge reactor: Effects of feed methane concentration, feed flow rate, electrode gap distance, residence time, and catalyst distance» [«Неокислительный риформинг метана в реакторе с укороченным скользящим дуговым разрядом: влияние концентрации подаваемого метана, расхода подачи, расстояния между электродами, времени выдержки и расстояния до катализатора»], опубликованная в журнале Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2011, 31(4): 517-534), используют скользящий по лопасти разряд для конверсии метана с получением ацетилена в качестве основного продукта, при этом при мощности 110-190 Вт конверсия метана составляет 40%-50%, а селективность по С2Н2 составляет 20%.RUEANGJITT N et al. (article “Non-oxidative reforming of methane in a mini-gliding arc discharge reactor: Effects of feed methane concentration, feed flow rate, electrode gap distance, residence time, and catalyst distance” published in Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2011, 31(4): 517-534) use a gliding arc discharge to convert methane to acetylene as the main product, and at a power of 110-190 W, the methane conversion is 40 %-50%, and the selectivity for C2H2 is 20%.

Однако в настоящее время не существует технических отчетов о прямом преобразовании метана в олефины с помощью плазмы.However, there are currently no technical reports on the direct conversion of methane to olefins using plasma.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF THE INVENTION

Целью данного изобретения является устранение недостатка, имеющегося в уровне техники и связанного с низкой эффективностью превращения метана непосредственно в олефин.The aim of this invention is to eliminate the disadvantage of the prior art, which is the low efficiency of converting methane directly into olefin.

Для достижения вышеуказанной цели согласно первому аспекту данной заявки предложен плазменный реактор со скользящей дугой, содержащий камеру реактора и генератор плазмы скользящей дуги, расположенный в указанной камере,In order to achieve the above-mentioned object, according to the first aspect of the present application, a sliding arc plasma reactor is proposed, comprising a reactor chamber and a sliding arc plasma generator located in said chamber,

причем генератор плазмы скользящей дуги содержит по меньшей мере два электрода 3 с дугообразной поверхностью, которые расположены симметричным образом, при этом все разрядные поверхности каждого электрода с дугообразной поверхностью представляют собой дугообразные поверхностные конструкции, и центральный угол, соответствующий каждому электроду с дугообразной поверхностью, равен α, где 360°≥α>5°; при этом местоположения электродов с дугообразной поверхностью обеспечивают образование зоны разряда между указанными электродами 3.wherein the sliding arc plasma generator comprises at least two electrodes 3 with an arc-shaped surface, which are arranged in a symmetrical manner, wherein all discharge surfaces of each electrode with an arc-shaped surface are arc-shaped surface structures, and the central angle corresponding to each electrode with an arc-shaped surface is equal to α, where 360°≥α>5°; wherein the locations of the electrodes with an arc-shaped surface ensure the formation of a discharge zone between said electrodes 3.

Согласно второму аспекту данного изобретения предложен способ конверсии метана с помощью плазмы, который осуществляется в плазменном реакторе со скользящей дугой, выполненном согласно первому аспекту, и включает:According to a second aspect of the present invention, a method is proposed for converting methane using plasma, which is carried out in a sliding arc plasma reactor constructed according to the first aspect, and comprises:

введение реакционного газа, содержащего метан, в плазменный реактор со скользящей дугой в условиях плазменного разряда для проведения реакции конверсии метана.introducing a reaction gas containing methane into a sliding arc plasma reactor under plasma discharge conditions to carry out a methane conversion reaction.

По сравнению с известным уровнем техники решение, предлагаемое в данном изобретении, обладает по меньшей мере следующими преимуществами:Compared with the known state of the art, the solution proposed in this invention has at least the following advantages:

1) в плазменном реакторе со скользящей дугой, предложенном в данном изобретении, для формирования зоны разряда используются электроды, а точка формирования разрядной дуги расположена на дугообразной поверхности, так что образуется больше разрядных каналов, при этом плазменный реактор со скользящей дугой обладает более высокой эффективностью конверсии реагирующих веществ,1) in the sliding arc plasma reactor proposed in this invention, electrodes are used to form the discharge zone, and the point of formation of the discharge arc is located on the arc-shaped surface, so that more discharge channels are formed, and the sliding arc plasma reactor has a higher conversion efficiency of reactants,

2) плазменный реактор со скользящей дугой, предложенный в данном изобретении, может обеспечивать более интенсивное прохождение исходного газа через зону разряда, образованную электродами, так что эффективно увеличивается поток газа, проходящий через зону разряда, повышается эффективность конверсии реагирующих веществ и снижается потребление энергии,2) the sliding arc plasma reactor proposed in the present invention can provide a more intensive passage of the source gas through the discharge zone formed by the electrodes, so that the gas flow passing through the discharge zone is effectively increased, the conversion efficiency of the reactants is increased, and the energy consumption is reduced,

3) плазменный реактор со скользящей дугой, предложенный в данном изобретении, может обеспечивать одноэтапную конверсию метана с эффективным получением олефина при более высокой эффективности конверсии реагирующих веществ, может поддерживать непрерывную и устойчивую реакцию, и по сравнению с традиционным способом получения олефина из метана отсутствует образование СО2; исключена вероятность воспламенения и взрыва, и реактор является более безопасным и экологичным.3) The sliding arc plasma reactor proposed in the present invention can achieve one-stage methane conversion with efficient production of olefin at a higher conversion efficiency of reactants, can maintain a continuous and stable reaction, and compared with the traditional method of producing olefin from methane, there is no formation of CO2 ; the possibility of ignition and explosion is eliminated, and the reactor is safer and more environmentally friendly.

Дополнительные признаки и преимущества данного изобретения изложены в подробном описании, которое приведено ниже.Additional features and advantages of the present invention are set forth in the detailed description provided below.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Фиг. 1 изображает структурную схему предпочтительного варианта плазменного реактора со скользящей дугой согласно данному изобретению.Fig. 1 shows a block diagram of a preferred embodiment of a sliding arc plasma reactor according to the present invention.

Фиг. 2 изображает структурную схему другого предпочтительного варианта плазменного реактора со скользящей дугой согласно данному изобретению.Fig. 2 shows a block diagram of another preferred embodiment of a sliding arc plasma reactor according to the present invention.

ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВLIST OF ELEMENTS

1. Впускное отверстие реактора1. Reactor inlet

2. Газовая форсунка2. Gas injector

3. Электрод3. Electrode

4. Нижняя реакционная зона4. Lower reaction zone

5. Отверстие для выпуска продукта5. Product release hole

6. Основание6. Foundation

7. Механизм активного соединения.7. Mechanism of active connection.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EXECUTION OPTIONS

Предельные значения диапазонов и любые величины, приведенные в данном документе, не ограничены конкретно указанными диапазоном или величиной, и следует понимать, что данные диапазоны или величины охватывают значения, близкие к ним. Что касается числовых диапазонов, каждый диапазон между его предельными значениями и отдельными точечными значениями, а также каждое отдельное точечное значение могут быть объединены друг с другом с получением одного или более новых числовых диапазонов, и такие числовые диапазоны должны рассматриваться как конкретно указанные в данном документе.The end values of the ranges and any values given herein are not limited to the specifically stated range or value, and it should be understood that such ranges or values cover values close to them. With respect to numerical ranges, each range between its end values and individual point values, as well as each individual point value, can be combined with each other to obtain one or more new numerical ranges, and such numerical ranges should be considered as specifically stated herein.

Ниже со ссылкой на Фиг. 1 и Фиг. 2 приведено подробное описание варианта выполнения данного изобретения.A detailed description of an embodiment of the present invention is given below with reference to Fig. 1 and Fig. 2.

Как описано выше, согласно первому аспекту данной заявки предложен плазменный реактор со скользящей дугой, содержащий камеру реактора и генератор плазмы скользящей дуги, расположенный в камере реактора,As described above, according to the first aspect of the present application, a sliding arc plasma reactor is provided, comprising a reactor chamber and a sliding arc plasma generator located in the reactor chamber,

причем генератор плазмы скользящей дуги содержит по меньшей мере два электрода 3 с дугообразной поверхностью, которые расположены симметричным образом, при этом все разрядные поверхности каждого электрода с дугообразной поверхностью представляют собой дугообразные поверхностные конструкции, и центральный угол, соответствующий каждому электроду с дугообразной поверхностью, равен α, причем 360°≥α>5°; предпочтительно 360°≥α>10°; при этом местоположения электродов с дугообразной поверхностью обеспечивают образование зоны разряда между указанными электродами 3.wherein the sliding arc plasma generator comprises at least two electrodes 3 with an arc-shaped surface, which are arranged in a symmetrical manner, wherein all discharge surfaces of each electrode with an arc-shaped surface are arc-shaped surface structures, and the central angle corresponding to each electrode with an arc-shaped surface is equal to α, wherein 360°≥α>5°; preferably 360°≥α>10°; wherein the locations of the electrodes with an arc-shaped surface ensure the formation of a discharge zone between said electrodes 3.

Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения реактор содержит впускное отверстие 1, генератор плазмы скользящей дуги и отверстие 5 для выпуска продукта,According to a particularly preferred embodiment, the reactor comprises an inlet opening 1, a sliding arc plasma generator and an opening 5 for discharging the product,

при этом генератор плазмы скользящей дуги содержит по меньшей мере два электрода 3 с дугообразной поверхностью, которые расположены симметричным образом, и местоположения электродов с дугообразной поверхностью обеспечивают образование зоны разряда между указанными электродами 3.wherein the sliding arc plasma generator contains at least two electrodes 3 with an arc-shaped surface, which are arranged in a symmetrical manner, and the locations of the electrodes with an arc-shaped surface ensure the formation of a discharge zone between the said electrodes 3.

генератор плазмы скользящей дуги дополнительно содержит газовую форсунку 2 и основание 6,the sliding arc plasma generator additionally contains a gas nozzle 2 and a base 6,

электрод 3 с дугообразной поверхностью расположен на основании 6, газовая форсунка 2 расположена на основании 6 и/или электроде 3 с дугообразной поверхностью, так что реакционный газ может поступать в плазменный реактор со скользящей дугой из впускного отверстия 1 реактора через газовую форсунку 2,an electrode 3 with an arc-shaped surface is located on a base 6, a gas nozzle 2 is located on the base 6 and/or the electrode 3 with an arc-shaped surface, so that the reaction gas can enter the plasma reactor with a sliding arc from the inlet opening 1 of the reactor through the gas nozzle 2,

при этом центральный угол, соответствующий дугообразной поверхностной конструкции электрода, равен α, где 360°≥α>5°.wherein the central angle corresponding to the arc-shaped surface structure of the electrode is equal to α, where 360°≥α>5°.

Согласно данному изобретению точка формирования дуги разряда в электроде находится на криволинейной поверхности, так что может быть сформировано больше зон разряда в дугообразном канале, и способность реагирующих веществ к конверсии повышается.According to the present invention, the point of formation of the discharge arc in the electrode is located on a curved surface, so that more discharge zones can be formed in the arc-shaped channel, and the ability of the reactants to conversion is increased.

Предпочтительно дугообразная поверхностная конструкция электрода 3 представляет собой полузамкнутую дугообразную поверхность, при этом центральный угол, соответствующий дугообразной поверхности, равен α, где 270°≥α>30°; более предпочтительно, центральный угол α, соответствующий полузамкнутой дугообразной поверхности, представляет собой по меньшей мере один из углов, выбираемых из 180°, 120°, 90°, 72°, 60°.Preferably, the arc-shaped surface structure of the electrode 3 is a semi-closed arc-shaped surface, wherein the central angle corresponding to the arc-shaped surface is equal to α, where 270°≥α>30°; more preferably, the central angle α corresponding to the semi-closed arc-shaped surface is at least one of the angles selected from 180°, 120°, 90°, 72°, 60°.

Согласно предпочтительному варианту выполнения дугообразная поверхностная конструкция электрода 3 представляет собой полностью замкнутую дугообразную поверхность. Автором изобретения было обнаружено, что при использовании в качестве дугообразной поверхностной конструкции электрода 3 полностью замкнутой дугообразной поверхностной конструкции эффективность конверсии реагирующего вещества повышается, а отвод тепла упрощается.According to a preferred embodiment, the arc-shaped surface structure of the electrode 3 is a completely closed arc-shaped surface. The inventor has found that when using a completely closed arc-shaped surface structure as the arc-shaped surface structure of the electrode 3, the efficiency of the conversion of the reactant is increased and the heat removal is simplified.

Предпочтительно электрод 3 с дугообразной поверхностью представляет собой стержнеобразный электрод или полый трубчатый электрод.Preferably, the electrode 3 with an arc-shaped surface is a rod-shaped electrode or a hollow tubular electrode.

Предпочтительно отношение длины d2 зоны разряда к высоте d3 камеры реактора удовлетворяет условию 1:1,2-1,8.Preferably, the ratio of the length d2 of the discharge zone to the height d3 of the reactor chamber satisfies the condition 1:1.2-1.8.

Согласно предпочтительному варианту выполнения генератор скользящей дуги электрода представляет собой генератор плазмы скользящей дуги, и центр основания генератора плазмы скользящей дуги выполнен с газовой форсункой, которая сообщается с трубопроводом для подачи газа к впускному отверстию реактора.According to a preferred embodiment, the sliding arc generator of the electrode is a sliding arc plasma generator, and the center of the base of the sliding arc plasma generator is provided with a gas nozzle that communicates with a pipeline for supplying gas to the inlet of the reactor.

Предпочтительно центральный угол, соответствующий дугообразной поверхностной конструкции электрода 3, равен α, где 360°≥α>10°.Preferably, the central angle corresponding to the arc-shaped surface structure of the electrode 3 is equal to α, where 360°≥α>10°.

Предпочтительно генератор плазмы скользящей дуги содержит два или шесть электродов 3 с дугообразной поверхностью, которые расположены симметричным образом.Preferably, the sliding arc plasma generator comprises two or six electrodes 3 with an arc-shaped surface, which are arranged in a symmetrical manner.

Предпочтительно для каждого электрода 3 отношение расстояния между двумя соседними газовыми форсунками 2 к внутреннему диаметру r2 газовой форсунки удовлетворяет условию 1:0,5-1,5.Preferably, for each electrode 3, the ratio of the distance between two adjacent gas injectors 2 to the internal diameter r2 of the gas injector satisfies the condition 1:0.5-1.5.

Предпочтительно отношение внутреннего диаметра r2 газовой форсунки 2 к минимальной ширине r3 зоны разряда удовлетворяет условию 1:2-8.Preferably, the ratio of the internal diameter r2 of the gas injector 2 to the minimum width r3 of the discharge zone satisfies the condition 1:2-8.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом выполнения реактор согласно данному изобретению содержит впускное отверстие, генератор скользящей дуги электрода, нижнюю реакционную зону и отверстие для выпуска продукта,According to a particularly preferred embodiment, the reactor according to the present invention comprises an inlet, a sliding arc electrode generator, a lower reaction zone and a product outlet,

при этом генератор скользящей дуги электрода содержит газовую форсунку, электрод и основание,wherein the sliding arc generator of the electrode comprises a gas nozzle, an electrode and a base,

по меньшей мере набор электродов, расположенных симметричным образом, распределены по основанию генератора скользящей дуги электрода, так что между электродами может быть образована зона разряда; газовая форсунка расположена на электроде и/или основании, так что реакционный газ может поступать в плазменный реактор со скользящей дугой от впускного отверстия реактора через газовую форсунку,at least a set of electrodes arranged in a symmetrical manner are distributed over the base of the sliding arc generator of the electrode, so that a discharge zone can be formed between the electrodes; a gas nozzle is located on the electrode and/or the base, so that the reaction gas can enter the plasma reactor with a sliding arc from the inlet of the reactor through the gas nozzle,

конструкции каждых двух симметрично расположенных электродов соответствуют друг другу для обеспечения возможности возникновения разряда, иthe designs of each two symmetrically located electrodes correspond to each other to ensure the possibility of discharge, and

генератор скользящей дуги электрода представляет собой генератор скользящей дуги электрода, содержащий электрод с дугообразной поверхностью, и/или генератор скользящей дуги трубчатого электрода, содержащий трубчатым электрод.The sliding arc electrode generator is a sliding arc electrode generator comprising an electrode with an arc-shaped surface and/or a sliding arc tubular electrode generator comprising a tubular electrode.

Предпочтительно в данном изобретении симметричное расположение относится к симметричному расположению относительно центральной вертикальной оси основания, и положение установки электрода не влияет на разряд.Preferably, in the present invention, the symmetrical arrangement refers to a symmetrical arrangement relative to the central vertical axis of the base, and the installation position of the electrode does not affect the discharge.

В данном изобретении форма и материал основания не ограничены конкретным образом, и основание может иметь круглую форму или различные другие формы, которые могут обеспечивать достижение вышеуказанной цели данного изобретения, а материал основание может представлять собой изоляционный материал или различные другие материалы, которые могут обеспечивать достижение вышеуказанной цели данного изобретения.In the present invention, the shape and material of the base are not particularly limited, and the base may have a round shape or various other shapes that can achieve the above-mentioned object of the present invention, and the material of the base may be an insulating material or various other materials that can achieve the above-mentioned object of the present invention.

Предпочтительно газовая форсунка 2 расположена в центре основания 6 генератора плазмы скользящей дуги и сообщается с трубопроводом для подачи газа к впускному отверстию 1 реактора.Preferably, the gas nozzle 2 is located in the center of the base 6 of the sliding arc plasma generator and communicates with a pipeline for supplying gas to the inlet opening 1 of the reactor.

Предпочтительно газовая форсунка 2 расположена в соответствующем направлении каждых двух электродов 3 с дугообразной поверхностью, находящихся в симметричном положении, и сообщается с трубопроводом для подачи газа к впускному отверстию 1 реактора.Preferably, the gas nozzle 2 is located in the corresponding direction of each two electrodes 3 with an arcuate surface, which are in a symmetrical position, and communicates with a pipeline for supplying gas to the inlet opening 1 of the reactor.

Более предпочтительно по меньшей мере часть наружной поверхности полностью замкнутой дугообразной поверхностной конструкции имеет покрытие.More preferably, at least a portion of the outer surface of the fully closed arcuate surface structure has a coating.

Предпочтительно покрытие содержит по меньшей мере два гальванических слоя из однослойных тонких пленок, полученных из оксида металла при атомно-слоевом осаждении, при этом гальванические слои выполнены из полупроводниковых материалов, количество гальванических слоев равно по меньшей мере двум, а материалы покрытия, используемые для формирования любых двух смежных гальванических слоев, различны.Preferably, the coating comprises at least two galvanic layers of single-layer thin films obtained from a metal oxide by atomic layer deposition, wherein the galvanic layers are made of semiconductor materials, the number of galvanic layers is at least two, and the coating materials used to form any two adjacent galvanic layers are different.

Предпочтительно количество слоев гальванического покрытия равно по меньшей мере трем.Preferably, the number of galvanic coating layers is at least three.

Согласно предпочтительному варианту выполнения количество слоев в гальваническом покрытии равно трем, а материалы покрытия, образующие три гальванические слоя, различны; диэлектрическая проницаемость материала покрытия, образующего самый наружный гальванический слой, на 10-22 С2/(Н⋅М2) выше, чем у материалов покрытия, используемых для других гальванических слоев.According to a preferred embodiment, the number of layers in the galvanic coating is three, and the coating materials forming the three galvanic layers are different; the dielectric constant of the coating material forming the outermost galvanic layer is 10-22 C 2 /(N⋅M 2 ) higher than that of the coating materials used for the other galvanic layers.

Предпочтительно материал покрытия представляет собой органическое вещество, содержащее металлический элемент.Preferably, the coating material is an organic substance containing a metallic element.

Предпочтительно полупроводниковый материал представляет собой оксид металла; более предпочтительно, полупроводниковый материал выбран из Al2O3, ZrO2, SnO2, ZnO, HfO2, TiO2, La2O3, Ta2O5, Y2O3.Preferably, the semiconductor material is a metal oxide; more preferably, the semiconductor material is selected from Al 2 O 3 , ZrO 2 , SnO 2 , ZnO, HfO 2 , TiO 2 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Y 2 O 3 .

Предпочтительно на наружную поверхность полностью замкнутой дугообразной поверхностной конструкции наносят покрытие с помощью атомно-слоевого осаждения, при этом этап нанесения покрытия предпочтительно включает следующие этапы, выполняемые в устройстве для атомно-слоевого осаждения:Preferably, the outer surface of the fully closed arcuate surface structure is coated using atomic layer deposition, wherein the coating step preferably comprises the following steps, performed in an atomic layer deposition device:

(1) открытие ALD клапана (клапана для атомно-слоевого осаждения) резервуара с источником металла в присутствии газа-носителя для нанесения покрытия, при этом материал покрытия, находящийся в указанном резервуаре, поступает в реакционную камеру, содержащую кислород, так что материал покрытия и кислород вступают в реакцию на поверхности лопастного электрода в реакционной камере и образуют гальваническое соединение, представляющее собой однослойную тонкую пленку из оксида металла, полученную путем атомно-слоевого осаждения,(1) opening an ALD valve (atomic layer deposition valve) of a metal source tank in the presence of a carrier gas for coating, wherein the coating material in said tank enters a reaction chamber containing oxygen, so that the coating material and oxygen react on the surface of a paddle electrode in the reaction chamber and form a galvanic compound that is a single-layer thin film of metal oxide obtained by atomic layer deposition,

(2) повторение этапа (1) для получения гальванического слоя с многократным формированием при этом каждый раз тонкой пленки из оксида металла, полученной путем атомно-слоевого осаждения, и регулирование толщины гальванического слоя путем регулирования числа повторений,(2) repeating step (1) to obtain a galvanic layer, each time repeatedly forming a thin film of metal oxide obtained by atomic layer deposition, and adjusting the thickness of the galvanic layer by adjusting the number of repetitions,

(3) повторение вышеописанных этапов (1)-(2) с использованием другого материала покрытия для формирования другого гальванического слоя.(3) repeating the above steps (1)-(2) using another coating material to form another galvanic layer.

Предпочтительно на этапе (1) температура резервуара с источником металла составляет 140-160°С, температура реакционной камеры составляет 50-400°С, а температуры транспортирующего трубопровода и ALD клапана составляют 180-200°С.Preferably, in step (1), the temperature of the metal source tank is 140-160°C, the temperature of the reaction chamber is 50-400°C, and the temperatures of the transport pipeline and the ALD valve are 180-200°C.

Предпочтительно на этапе (1) реакционную камеру и транспортирующую магистраль вакуумируют до давления 10-200 Па.Preferably, at step (1), the reaction chamber and the transport line are evacuated to a pressure of 10-200 Pa.

Предпочтительно на этапе (1) расход газа-носителя для нанесения покрытия составляет 10-200 см3/мин.Preferably, in step (1), the flow rate of the carrier gas for coating is 10-200 cm3 /min.

Предпочтительно на этапе (1) время открытия ALD клапана составляет 50-2000 мс.Preferably, at step (1), the opening time of the ALD valve is 50-2000 ms.

Предпочтительно на этапе (1) подают импульс инертного газа для очистки реакционной камеры, предпочтительно время промывки составляет 1-200 с.Preferably, at step (1), an inert gas pulse is supplied to clean the reaction chamber, preferably the cleaning time is 1-200 s.

Согласно предпочтительному варианту выполнения на наружную поверхность полностью замкнутой дугообразной поверхностной конструкции наносят покрытие с помощью атомно-слоевого осаждения, при этом этап нанесения покрытия предпочтительно включает следующие этапы, выполняемые в устройстве для атомно-слоевого осаждения:According to a preferred embodiment, a coating is applied to the outer surface of the fully closed arcuate surface structure using atomic layer deposition, wherein the coating application step preferably includes the following steps, carried out in an atomic layer deposition device:

(1) размещение материала покрытия в резервуаре с источником металла и размещение лопастного электрода, на который наносят покрытие, в реакционной камере,(1) placing the coating material in a tank with a metal source and placing the paddle electrode to be coated in a reaction chamber,

(2) нагрев резервуара с источником металла, реакционной камеры, транспортирующего трубопровода и ALD клапана, причем температура резервуара с источником металла составляет 140-160°С, температура реакционной камеры составляет 50-400°С, а температуры транспортирующего трубопровода и ALD клапана составляют 180-200°С, и вакуумирование реакционной камеры и транспортирующего трубопровода до давления 10-200 Па,(2) heating the metal source tank, the reaction chamber, the transport pipeline and the ALD valve, wherein the temperature of the metal source tank is 140-160°C, the temperature of the reaction chamber is 50-400°C, and the temperatures of the transport pipeline and the ALD valve are 180-200°C, and evacuating the reaction chamber and the transport pipeline to a pressure of 10-200 Pa,

(3) включение подачи газа-носителя, используемого для нанесения покрытия, к резервуару с источником металла, при этом расход газа-носителя для нанесения покрытия составляет 10-200 см3/мин,(3) turning on the supply of carrier gas used for coating application to the tank with the metal source, while the flow rate of carrier gas for coating application is 10-200 cm3 /min,

(4) открытие ALD клапана резервуара с источником металла при времени открытия ALD клапана, составляющем 50-2000 мс, так что материал для покрытия поступает в реакционную камеру, и введение в реакционную камеру кислорода, так что материал для покрытия и кислород вступают в реакцию на поверхности лопастного электрода в реакционной камере с образованием гальванического соединения, причем гальваническое соединение представляет собой однослойную тонкую пленку из оксида металла, полученную путем атомно-слоевого осаждения,(4) opening the ALD valve of the metal source tank at an ALD valve opening time of 50-2000 ms, so that the coating material enters the reaction chamber, and introducing oxygen into the reaction chamber, so that the coating material and oxygen react on the surface of the paddle electrode in the reaction chamber to form a galvanic compound, wherein the galvanic compound is a single-layer thin film of a metal oxide obtained by atomic layer deposition,

(5) очистку реакционной камеры путем импульсной подачи инертного газа, при этом время очистки составляет 1-200 с,(5) cleaning the reaction chamber by pulsed supply of inert gas, with the cleaning time being 1-200 s,

(6) повторение этапов (1)-(5) для получения гальванического слоя с многократным формированием при этом каждый раз тонкой пленки из оксида металла, полученной путем атомно-слоевого осаждения, и регулирование толщины гальванического слоя путем регулирования числа повторений,(6) repeating steps (1) to (5) to obtain a galvanic layer, each time repeatedly forming a thin film of metal oxide obtained by atomic layer deposition, and adjusting the thickness of the galvanic layer by adjusting the number of repetitions,

(7) повторение вышеописанных этапов (1)-(6) с использованием другого материала покрытия для формирования другого гальванического слоя.(7) repeating the above steps (1)-(6) using a different coating material to form another galvanic layer.

Предпочтительно полностью замкнутая дугообразная поверхность представляет собой по меньшей мере одну из поверхности трубчатой формы и поверхности стержневой формы.Preferably, the fully closed arcuate surface is at least one of a tubular surface and a rod surface.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения генератор скользящей дуги электрода представляет собой генератор скользящей дуги трубчатого электрода, при этом газовые форсунки расположены в соответствующих направлениях каждых двух трубчатых электродов, находящихся в симметричных положениях, и сообщаются с подающей трубой впускного отверстия реактора.According to another preferred embodiment, the sliding arc generator of the electrode is a sliding arc generator of the tubular electrode, wherein the gas nozzles are located in the corresponding directions of each two tubular electrodes located in symmetrical positions and communicate with the feed pipe of the inlet opening of the reactor.

Предпочтительно материал, из которого выполнена газовая форсунка, выбран из по меньшей мере одного из проводящего материала и изоляционного материала.Preferably, the material from which the gas nozzle is made is selected from at least one of a conductive material and an insulating material.

Согласно предпочтительному варианту выполнения материал, из которого выполнена газовая форсунка, является изоляционным материалом.According to a preferred embodiment, the material from which the gas nozzle is made is an insulating material.

Авторами изобретения было обнаружено, что в данном предпочтительном случае процесс согласно данной заявке может быть осуществлен более стабильным образом.The inventors have found that in this preferred case the process according to this application can be carried out in a more stable manner.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, материал, образующий газовую форсунку 2, является проводящим материалом, и положение газовой форсунки 2 при выпуске не перекрывается в вертикальном направлении с электродом 3, имеющим дугообразную поверхность.According to another preferred embodiment, the material forming the gas nozzle 2 is a conductive material, and the position of the gas nozzle 2 upon release does not overlap in the vertical direction with the electrode 3 having an arcuate surface.

Предпочтительно электропроводность проводящего материала, образующего газовую форсунку 2, составляет >1 МСм/м, предпочтительно >10 МСм/м; теплопроводность составляет >10 Вт/(м⋅°С), предпочтительно >50 Вт/(м⋅°С).Preferably, the electrical conductivity of the conductive material forming the gas nozzle 2 is >1 MS/m, preferably >10 MS/m; the thermal conductivity is >10 W/(m⋅°C), preferably >50 W/(m⋅°C).

Предпочтительно материал, образующий электроды, является проводящим материалом.Preferably, the material forming the electrodes is a conductive material.

Более предпочтительно проводящий материал, образующий электрод, выбран из по меньшей мере одного из следующего: нержавеющей стали марки 316L, вольфрамоцериевого сплава, никель-хромового сплава, цинкомедного сплава, меднохромового сплава, никелемедного сплава, кобальтоникелевого сплава, кобальтокадмиевого сплава и графита. Материалом, из которого образован электрод, также могут быть другие термостойкие проводящие материалы, устойчивые к дуговой коррозии.More preferably, the conductive material forming the electrode is selected from at least one of the following: stainless steel grade 316L, tungsten-cerium alloy, nickel-chromium alloy, zinc-copper alloy, copper-chromium alloy, nickel-copper alloy, cobalt-nickel alloy, cobalt-cadmium alloy and graphite. The material from which the electrode is formed may also be other heat-resistant conductive materials resistant to arc corrosion.

Предпочтительно электрод соединен с основанием при помощи механизма активного соединения так, что положение электрода в нижней зоне основания может свободно регулироваться.Preferably, the electrode is connected to the base by means of an active connection mechanism so that the position of the electrode in the lower zone of the base can be freely adjusted.

Более предпочтительно электрод соединен с основанием при помощи механизма активного соединения так, что положение электрода может регулироваться как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.More preferably, the electrode is connected to the base by means of an active connection mechanism such that the position of the electrode can be adjusted in both vertical and horizontal directions.

Предпочтительно механизм активного соединения соединен с основанием вертикальным образом.Preferably, the active connection mechanism is connected to the base in a vertical manner.

Более предпочтительно механизм активного соединения также может быть соединен с основанием неперпендикулярным образом.More preferably, the active connection mechanism may also be connected to the base in a non-perpendicular manner.

Предпочтительно электрод соединен с механизмом активного соединения с возможностью поворота электрода так, что он может свободно поворачиваться для регулирования угла.Preferably, the electrode is connected to an active connection mechanism with the possibility of rotating the electrode so that it can be freely rotated to adjust the angle.

Более предпочтительно электрод соединен с механизмом активного соединения с возможностью поворота электрода так, что он может поворачиваться для регулирования внутреннего угла относительно вертикального направления.More preferably, the electrode is connected to an active connection mechanism with the possibility of rotating the electrode so that it can rotate to adjust the internal angle relative to the vertical direction.

Предпочтительно внутренний угол θ, образованный линиями продолжения осей симметрии каждых двух электродов 3, находящихся в симметричном положении, составляет 5° - 160°Preferably, the internal angle θ formed by the lines of continuation of the axes of symmetry of each two electrodes 3 located in a symmetrical position is 5° - 160°

Предпочтительно для проведения реакции конверсии метана используется плазменный реактор со скользящей дугой, и внутренний угол θ между линиями продолжения осей симметрии каждых двух электродов 3, находящихся в симметричном положении, составляет 10° - 90°, более предпочтительно 30° - 60°.Preferably, a sliding arc plasma reactor is used to carry out the methane conversion reaction, and the internal angle θ between the extension lines of the symmetry axes of each two electrodes 3 located in a symmetrical position is 10° - 90°, more preferably 30° - 60°.

Плазменный реактор со скользящей дугой, предложенный в данном изобретении, может обеспечивать более интенсивное прохождение исходного газа через зону разряда, образованную электродами с эффективным увеличением тем самым потока газа, проходящего через зону разряда, и повышением эффективность конверсии реагирующих веществ.The sliding arc plasma reactor proposed in this invention can provide a more intensive passage of the source gas through the discharge zone formed by the electrodes, thereby effectively increasing the flow of gas passing through the discharge zone and increasing the efficiency of conversion of the reactants.

Предпочтительно материал, образующий наружный цилиндр плазменного реактора со скользящей дугой, выбран из по меньшей мере одного из следующего: изолирующего материала, проводящего материала и проводящего материала с изолирующим покрытием.Preferably, the material forming the outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is selected from at least one of the following: an insulating material, a conductive material, and a conductive material with an insulating coating.

Более предпочтительно материал, образующий наружный цилиндр плазменного реактора со скользящей дугой, представляет собой изолирующий материал или проводящий материал с изолирующим покрытием.More preferably, the material forming the outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is an insulating material or a conductive material with an insulating coating.

Кроме того, предпочтительно изолирующий материал, образующий наружный цилиндр, выбран из по меньшей мере одного из следующего: обычного стекла, кварцевого стекла и корунда.Furthermore, preferably the insulating material forming the outer cylinder is selected from at least one of the following: ordinary glass, quartz glass and corundum.

В данном изобретении при условии исключения контакта между электродом и наружным цилиндром плазменного реактора со скользящей дугой материал, образующий наружный цилиндр, также может быть проводящим материалом.In the present invention, provided that contact between the electrode and the outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is excluded, the material forming the outer cylinder may also be a conductive material.

В данном изобретении форма наружного цилиндра плазменного реактора со скользящей дугой не ограничена конкретным образом и может представлять собой любую форму, которая может образовывать замкнутое пространство для реактора, например, цилиндрическую, прямоугольную или любую другую форму, которая может обеспечить достижение вышеуказанной цели данного изобретения.In the present invention, the shape of the outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is not particularly limited and may be any shape that can form a closed space for the reactor, such as cylindrical, rectangular or any other shape that can achieve the above-mentioned objective of the present invention.

Предпочтительно нижняя реакционная зона, которая может быть заполнена катализатором, расположена ниже по потоку от генератора плазмы скользящей дуги.Preferably, the lower reaction zone, which can be filled with a catalyst, is located downstream of the sliding arc plasma generator.

Предпочтительно материал, образующий нижнюю реакционную зону, представляет собой металлический материал.Preferably, the material forming the lower reaction zone is a metallic material.

Более предпочтительно нижняя реакционная зона выполнена суженной, что является более благоприятным для распределения реакционного газа.More preferably, the lower reaction zone is made narrowed, which is more favorable for the distribution of the reaction gas.

Предпочтительно соотношение между длиной d2 зоны разряда, длиной d4 разделительной зоны и высотой d5 нижней реакционной зоны удовлетворяет условию 1:0,1-0,8:0,5-1,5; при этом длина d4 разделительной зоны представляет собой расстояние между низом зоны разряда и верхом нижней реакционной зоны.Preferably, the ratio between the length d2 of the discharge zone, the length d4 of the separation zone and the height d5 of the lower reaction zone satisfies the condition 1:0.1-0.8:0.5-1.5; wherein the length d4 of the separation zone represents the distance between the bottom of the discharge zone and the top of the lower reaction zone.

Плазменный реактор со скользящей дугой, предложенный в данном изобретении, может быть заполнен катализатором, способным ускорять гидрогенизационную конверсию алкина в олефин, при этом катализатор предпочтительно заполняет нижнюю реакционную зону в реакторе.The sliding arc plasma reactor of the present invention may be filled with a catalyst capable of accelerating the hydrogenation conversion of an alkyne to an olefin, with the catalyst preferably filling the lower reaction zone in the reactor.

Плазменный реактор со скользящей дугой, предложенный в данном изобретении, может осуществлять непрерывную и устойчивую реакцию при более высокой эффективности конверсии реагирующих веществ, и по сравнению с традиционным способом получения олефина из метана отсутствует образование СО2, исключена вероятность воспламенения и взрыва, и реактор является более безопасным и экологичным.The sliding arc plasma reactor proposed in the present invention can carry out a continuous and stable reaction with a higher conversion efficiency of reactants, and compared with the traditional method of producing olefin from methane, there is no formation of CO2 , the possibility of ignition and explosion is eliminated, and the reactor is safer and more environmentally friendly.

Как указано выше, согласно второму аспекту данного изобретения предложен способ конверсии метана с помощью плазмы, который осуществляется в плазменном реакторе со скользящей дугой, описанном в отношении первого аспекта, и включает:As stated above, according to a second aspect of the present invention, a method is provided for the conversion of methane using plasma, which is carried out in a sliding arc plasma reactor described in relation to the first aspect, and comprises:

введение реакционного газа, содержащего метан, в плазменный реактор со скользящей дугой в условиях плазменного разряда для проведения реакции конверсии метана.introducing a reaction gas containing methane into a sliding arc plasma reactor under plasma discharge conditions to carry out a methane conversion reaction.

Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения в условиях плазменного разряда реакционный газ, содержащий метан, вводят в плазменный реактор со скользящей дугой через впускное отверстие 1 реактора, так что реакционный газ проходит через зону разряда, образованную электродами 3 с дугообразной поверхностью, с осуществлением реакции конверсии метана, и продукты, полученные по окончании реакции, выводят из указанного реактора через отверстие 5 для выпуска продукта.According to a particularly preferred embodiment, under plasma discharge conditions, a reaction gas containing methane is introduced into a plasma reactor with a sliding arc through an inlet opening 1 of the reactor, so that the reaction gas passes through a discharge zone formed by electrodes 3 with an arc-shaped surface, with the implementation of a methane conversion reaction, and the products obtained upon completion of the reaction are removed from said reactor through an opening 5 for discharging the product.

Условия реакции, связанные с конверсией метана в олефины в плазменном реакторе со скользящей дугой, предложенном в данном изобретении, не ограничены конкретным образом, и реакция может быть выполнена в различных условиях, предусмотренных в способах плазменной конверсии, традиционно используемых в данной области техники, при этом условия, связанные с конверсией метана в олефины, приведены в разделе описания примеров данного изобретения, и не должны рассматриваться специалистами в данной области техники как ограничивающие данное изобретение.The reaction conditions associated with the conversion of methane to olefins in the sliding arc plasma reactor proposed in the present invention are not particularly limited, and the reaction can be carried out under various conditions provided in plasma conversion methods conventionally used in the art, while the conditions associated with the conversion of methane to olefins are given in the description section of the examples of the present invention, and should not be considered by those skilled in the art as limiting the present invention.

Плазменный реактор со скользящей дугой, предложенный в данном изобретении, не имеет особых ограничений по концентрации метана в реакционном газе на входе в реактор, и, например, концентрация метана в газе может составлять 0,01-100 об.%, например, 5 об.%, 10 об.%, 15 об.%, 20 об.%, 25 об.%, 30 об.%, 35 об.%, 40 об%, 45 об.%, 50 об%, 55 об.%, 60 об.%, 65 об.%, 70 об%, 75 об.%, 80 об.%, 85 об.%%, 90 об.%, 95 об.%.The sliding arc plasma reactor proposed in the present invention has no particular limitation on the methane concentration in the reaction gas at the reactor inlet, and, for example, the methane concentration in the gas can be 0.01-100 vol.%, such as 5 vol.%, 10 vol.%, 15 vol.%, 20 vol.%, 25 vol.%, 30 vol.%, 35 vol.%, 40 vol.%, 45 vol.%, 50 vol.%, 55 vol.%, 60 vol.%, 65 vol.%, 70 vol.%, 75 vol.%, 80 vol.%, 85 vol.%, 90 vol.%, 95 vol.%.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения способ дополнительно включает прохождение реакционного газа через зону разряда, образованную электродом 3 с дугообразной поверхностью, и затем через нижнюю реакционную зону 4 для осуществления реакции конверсии метана.According to another preferred embodiment, the method further includes passing the reaction gas through a discharge zone formed by an electrode 3 with an arc-shaped surface, and then through a lower reaction zone 4 to carry out a methane conversion reaction.

Предпочтительно нижняя реакционная зона 4 является реакционной зоной, которая может содержать слой катализатора, при этом расход потока реакционного газа, содержащего метан, таков, что его объемная скорость при прохождении через нижнюю реакционную зону в плазменном реакторе со скользящей дугой составляет 1000-10000 ед./час, более предпочтительно 5000-8000 ед./час.Preferably, the lower reaction zone 4 is a reaction zone which may contain a catalyst layer, wherein the flow rate of the reaction gas containing methane is such that its volumetric velocity when passing through the lower reaction zone in the sliding arc plasma reactor is 1000-10000 units/hour, more preferably 5000-8000 units/hour.

Предпочтительно условия реакции конверсии метана включают следующие условия: напряжение U1 разряда составляет 1,0-5,0 кВ, а ток разряда составляет 100-3000 мА; соотношение между расходом VI реакционного газа, проходящего через минимальное расстояние D2 между каждыми двумя электродами 3 с дугообразной поверхностью, находящимися в симметричном положении, и напряжением U1 разряда определяется выражением V1:U1=50-100:1.Preferably, the conditions of the methane conversion reaction include the following conditions: the discharge voltage U1 is 1.0-5.0 kV, and the discharge current is 100-3000 mA; the ratio between the flow rate VI of the reaction gas passing through the minimum distance D2 between each two electrodes 3 with an arcuate surface located in a symmetrical position, and the discharge voltage U1 is determined by the expression V1:U1=50-100:1.

Предпочтительно условия реакции конверсии метана включают следующие условия: напряжение U1 разряда составляет 2,0-5,0 кВ, а ток разряда составляет 1000-3000 мА.Preferably, the methane conversion reaction conditions include the following conditions: the discharge voltage U1 is 2.0-5.0 kV, and the discharge current is 1000-3000 mA.

Предпочтительно соотношение между расходом V1 реакционного газа, проходящего через минимальное расстояние D2 между каждыми двумя электродами 3, находящимися в симметричном положении, и напряжением U1 разряда, определяется выражением V1:U1=50-80:1, более предпочтительно V1:U1=60-80:1.Preferably, the ratio between the flow rate V1 of the reaction gas passing through the minimum distance D2 between each two electrodes 3 located in a symmetrical position and the discharge voltage U1 is determined by the expression V1:U1=50-80:1, more preferably V1:U1=60-80:1.

Предпочтительно катализатор, находящийся в слое катализатора, содержит носитель, легированный оксидом титана, и активный компонент, заложенный в носитель, причем активный компонент содержит первый активный компонент и второй активный компонент, при этом первый активный компонент выбирают из по меньшей мере одного из неблагородных металлов VIII группы и металлов IB группы, а второй активный компонент выбирают из по меньшей мере одного из благородных металлов VIII группы, при этом весовое отношение первого активного компонента ко второму активному компоненту, рассчитанное по металлическим элементам, составляет 0,1-200:1.Preferably, the catalyst located in the catalyst layer contains a carrier doped with titanium oxide and an active component embedded in the carrier, wherein the active component contains a first active component and a second active component, wherein the first active component is selected from at least one of the non-noble metals of group VIII and metals of group IB, and the second active component is selected from at least one of the noble metals of group VIII, wherein the weight ratio of the first active component to the second active component, calculated by metallic elements, is 0.1-200:1.

Более предпочтительно молярное соотношение L-кислоты и В-кислоты в носителе, легированном оксидом титана, составляет 0,1-50:1.More preferably, the molar ratio of L-acid to B-acid in the titanium oxide-doped carrier is 0.1-50:1.

Предпочтительно носитель, легированный оксидом титана, выбирают из по меньшей мере одного из следующего: Al2O3, легированного оксидом титана, SiO2, легированного оксидом титана, MgO, легированного оксидом титана, и молекулярного сита, легированного оксидом титана.Preferably, the titanium oxide-doped support is selected from at least one of the following: titanium oxide-doped Al 2 O 3 , titanium oxide-doped SiO 2 , titanium oxide-doped MgO, and titanium oxide-doped molecular sieve.

Предпочтительно в носителе, легированном оксидом титана, количество легирующего оксида титана составляет 0,1-10 вес.% от общего веса носителя.Preferably, in the titanium oxide doped carrier, the amount of titanium oxide doping is 0.1-10 wt.% of the total weight of the carrier.

Предпочтительно первый активный компонент выбирают из по меньшей мере одного из Cu, Ag, Au, Ni и Fe.Preferably, the first active component is selected from at least one of Cu, Ag, Au, Ni and Fe.

Предпочтительно второй активный компонент выбирают из по меньшей мере одного из Pt, Rh, Pd и Ir.Preferably, the second active component is selected from at least one of Pt, Rh, Pd and Ir.

Предпочтительно весовое отношение первого активного компонента ко второму активному компоненту, рассчитанное по металлическому элементу, составляет 0,1-10:1.Preferably, the weight ratio of the first active component to the second active component, calculated on a metallic element basis, is 0.1-10:1.

Предпочтительно весовое отношение первого активного компонента к общему весу катализатора составляет 0,1-2:100, при этом вес первого активного компонента рассчитывают по металлическим элементам.Preferably, the weight ratio of the first active component to the total weight of the catalyst is 0.1-2:100, wherein the weight of the first active component is calculated based on metallic elements.

Согласно предпочтительному варианту выполнения реакционный газ представляет собой газ, полученный путем смешивания метана с газом-носителем.According to a preferred embodiment, the reaction gas is a gas obtained by mixing methane with a carrier gas.

Предпочтительно газ-носитель представляет собой водород.Preferably, the carrier gas is hydrogen.

Предпочтительно скорость подачи метана составляет 0,5-5,0 л/мин, а скорость подачи водорода составляет 1,0-5,0 л/мин; более предпочтительно скорость подачи метана составляет 0,5-2,5 л/мин, а скорость подачи водорода составляет 1,0-2,5 л/мин.Preferably, the methane feed rate is 0.5-5.0 L/min, and the hydrogen feed rate is 1.0-5.0 L/min; more preferably, the methane feed rate is 0.5-2.5 L/min, and the hydrogen feed rate is 1.0-2.5 L/min.

Согласно предпочтительному варианту выполнения способ дополнительно включает подвергание продукта, выведенного из отверстия 5 для выпуска продукта, первой сепарации для получения олефинового продукта и первого газообразного сырья, содержащего водород и газ-носитель.According to a preferred embodiment, the method further comprises subjecting the product withdrawn from the product outlet opening 5 to a first separation to obtain an olefin product and a first gaseous feedstock containing hydrogen and a carrier gas.

Предпочтительно первый газообразный материал возвращают путем рециркуляции, с использованием сепарации или без нее, обратно в плазменный реактор со скользящей дугой для выполнения непрерывной реакции конверсии метана.Preferably, the first gaseous material is recycled, with or without separation, back into the sliding arc plasma reactor to perform a continuous methane reforming reaction.

Предпочтительно условия первой сепарации включают отделение газа-носителя и водорода от олефинового продукта с использованием по меньшей мере одного процесса, выбранного из группы, в которую входят мембранная сепарация, криогенная сепарация и процессы адсорбции при перепаде давления.Preferably, the first separation conditions include separating the carrier gas and hydrogen from the olefin product using at least one process selected from the group consisting of membrane separation, cryogenic separation, and pressure swing adsorption processes.

Предпочтительно способ дополнительно включает выполнение второй сепарации системного продукта для получения соответственно диолефина углерода и тетраолефинов углерода.Preferably, the method further comprises performing a second separation of the system product to obtain, respectively, a carbon diolefin and carbon tetraolefins.

Предпочтительно операция второй сепарации включает отделение олефиновых продуктов для получения этилена, этана, тетраолефинов углерода и тетраалкана углерода.Preferably, the second separation operation comprises separating the olefin products to obtain ethylene, ethane, carbon tetraolefins and carbon tetraalkane.

Более предпочтительно условия второй сепарации включают разделение с помощью процесса ректификации.More preferably, the second separation conditions include separation by a rectification process.

Ниже представлен другой предпочтительный вариант выполнения согласно данной заявке для конверсии метана в олефины с использованием описанного выше плазменного реактора со скользящей дугой:Below is shown another preferred embodiment according to this application for converting methane to olefins using the above described sliding arc plasma reactor:

в плазменный реактор со скользящей дугой от впускного отверстия реактора подают газообразный азот с обеспечением очистки зоны разряда от воздуха и вывода газа из отверстия для выпуска продукта. Затем в плазменный реактор со скользящей дугой вводят реакционный газ, содержащий метан, подавая его от впускного отверстия реактора, после стабилизации потока реакционного газа включают высоковольтный источник питания и путем регулирования напряжения и частоты образуют поле плазменного разряда между электродами. Реакционный газ последовательно проходит через зону разряда и нижнюю реакционную зону, образованную электродами, для осуществления соответственно реакций ионизации и гидрогенизации, и продукт, полученный после реакции, выводят из реактора через отверстие для выпуска продукта.Gaseous nitrogen is supplied to the sliding arc plasma reactor from the reactor inlet, ensuring that the discharge zone is cleared of air and that the gas is discharged from the product outlet. Then, a reaction gas containing methane is introduced into the sliding arc plasma reactor, supplying it from the reactor inlet, after the reaction gas flow is stabilized, the high-voltage power source is turned on and a plasma discharge field is formed between the electrodes by regulating the voltage and frequency. The reaction gas passes successively through the discharge zone and the lower reaction zone formed by the electrodes to carry out ionization and hydrogenation reactions, respectively, and the product obtained after the reaction is discharged from the reactor through the product outlet.

В данном изобретении после прохождения реакционного газа через зону разряда, образованную электродами, реакционный газ переносит тепло, генерируемое разрядом, и реагирующие компоненты на вход в нижнюю реакционную зону, причем указанное тепло может обеспечивать необходимое тепло для слоя катализатора в нижней реакционной зоне, при этом указанный слой не нуждается в дополнительном нагреве, и энергопотребление может быть снижено при условии, что это не повлияет на эффективность конверсии.In this invention, after the reaction gas passes through the discharge zone formed by the electrodes, the reaction gas transfers the heat generated by the discharge and the reacting components to the input of the lower reaction zone, wherein said heat can provide the necessary heat for the catalyst layer in the lower reaction zone, wherein said layer does not require additional heating, and energy consumption can be reduced provided that this does not affect the conversion efficiency.

Ниже приведено более подробное описание данного изобретения с помощью примеров.The present invention is described in more detail below using examples.

В нижеследующих примерах все исходные материалы доступны на рынке продаж, если не указано иное. Прочие параметры процесса и оборудования в каждом примере заданы одинаковыми, если не указано иное.In the following examples, all starting materials are commercially available unless otherwise stated. Other process and equipment parameters are set the same in each example unless otherwise stated.

В нижеследующих примерах конверсия метана, селективность по этилену, селективность по этану, селективность по ацетилену, селективность по углеводородам выше С3 и осаждение углерода рассчитываются в соответствии со следующими формулами:In the following examples, methane conversion, ethylene selectivity, ethane selectivity, acetylene selectivity, selectivity for hydrocarbons above C3 and carbon deposition are calculated according to the following formulas:

степень конверсии метана, % = (количество метана до реакции - количество метана после реакции)/количество метана до реакции × 100%,methane conversion rate, % = (amount of methane before reaction - amount of methane after reaction)/amount of methane before reaction × 100%,

селективность по углеводородному продукту (CnHm), % = (количество CnHm после реакции) × n/(количество метана до реакции - количество метана после реакции) × 100%, где п - целое число от 2 до 5,selectivity for hydrocarbon product (C n H m ), % = (amount of C n H m after reaction) × n/(amount of methane before reaction - amount of methane after reaction) × 100%, where n is an integer from 2 to 5,

осаждение углерода, % = 1 - селективность по углеводородному продукту (CnHm), %, где n - целое число от 2 до 5.carbon deposition, % = 1 - selectivity for hydrocarbon product (C n H m ), %, where n is an integer from 2 to 5.

Пример 1 подготовительных работExample 1 of preparatory work

Выполняют растворение нитрата палладия в деионизированной воде с образованием раствора нитрата палладия (содержание палладия составляет 18 вес.%), растворение нитрата меди в деионизированной воде с образованием раствора нитрата меди (содержание меди составляет 30 вес.%), при этом раствор нитрата палладия и раствор нитрата меди смешивают согласно соотношению компонентов в смеси, при котором количество загружаемого палладия составляет 0,5 вес.% от массы катализатора, а количество загружаемой меди составляет 1 вес.% от массы катализатора, берут носитель TiO2-Al2O3, используют способ избыточной пропитки, смешивают два раствора, пропитывают в течение 12 часов, высушивают в течение 4 часов при температуре 80°С путем ротационного выпаривания, затем дополнительно высушивают в течение 8 часов при температуре 120°С в печи, далее помещают в муфельную печь и обжигают в течение 5 часов при температуре 450°С для получения катализатора 1, который имеет следующий химический состав:Palladium nitrate is dissolved in deionized water to form a palladium nitrate solution (the palladium content is 18 wt.%), copper nitrate is dissolved in deionized water to form a copper nitrate solution (the copper content is 30 wt.%), wherein the palladium nitrate solution and the copper nitrate solution are mixed according to the ratio of the components in the mixture, in which the amount of palladium loaded is 0.5 wt.% of the catalyst weight, and the amount of copper loaded is 1 wt.% of the catalyst weight, a TiO 2 -Al 2 O 3 carrier is taken, the excess impregnation method is used, the two solutions are mixed, impregnated for 12 hours, dried for 4 hours at a temperature of 80 ° C by rotary evaporation, then additionally dried for 8 hours at a temperature of 120 ° C in an oven, then placed in a muffle furnace and fired for 5 hours at a temperature 450°C to obtain catalyst 1, which has the following chemical composition:

содержание элемента Pd составляет 0,5 вес.%, содержание элемента Cu составляет 1 вес.%, остальное количество составляет TiO2-Al2O3; при этом размер частиц активного компонента составляет 5,4 нм, а соотношение L-кислоты и В-кислоты составляет 15,6.the content of Pd element is 0.5 wt%, the content of Cu element is 1 wt%, the rest is TiO 2 -Al 2 O 3 ; the particle size of the active component is 5.4 nm, and the ratio of L-acid to B-acid is 15.6.

Все Примеры 1-4 выполнены с использованием схемы способа, показанной на Фиг. 1.All Examples 1-4 were performed using the method scheme shown in Fig. 1.

В Примерах 1-4 реакцию конверсии метана осуществляют с использованием плазменного реактора со скользящей дугой, при этом в качестве генератора скользящей дуги электрода используют генератор плазмы скользящей дуги, а в качестве электрода используют электрод с дугообразной поверхностью.In Examples 1-4, the methane conversion reaction is carried out using a sliding arc plasma reactor, wherein a sliding arc plasma generator is used as the sliding arc electrode generator, and an electrode with an arc-shaped surface is used as the electrode.

Пример 1Example 1

Конкретная конструкция и конструктивные параметры реактора следующие:The specific design and construction parameters of the reactor are as follows:

реактор имеет впускное отверстие, содержит генератор скользящей дуги электрода, нижнюю реакционную зону и отверстие для выпуска продукта, при этом генератор скользящей дуги электрода содержит газовую форсунку, электрод, основание и механизм активного соединения,the reactor has an inlet, contains a sliding arc electrode generator, a lower reaction zone and a product outlet, wherein the sliding arc electrode generator contains a gas nozzle, an electrode, a base and an active connection mechanism,

основание генератора скользящей дуги электрода выполнено с двумя электродами, которые расположены симметричным образом, так что между электродами может быть образована зона разряда, при этом в центре основания расположена газовая форсунка, которая сообщается с трубопроводом для подачи газа к впускному отверстию реактора, так что реакционный газ может поступать в плазменный реактор со скользящей дугой от впускного отверстия реактора через газовую форсунку,the base of the sliding arc generator of the electrode is made with two electrodes which are arranged in a symmetrical manner so that a discharge zone can be formed between the electrodes, while in the center of the base there is a gas nozzle which communicates with a pipeline for feeding gas to the inlet of the reactor so that the reaction gas can enter the plasma reactor with a sliding arc from the inlet of the reactor through the gas nozzle,

электрод соединен с основанием при помощи механизма активного соединения так, что положение электрода может регулироваться в вертикальном и горизонтальном направлениях, механизм активного соединения соединен с основанием вертикальным образом, электрод соединен с механизмом активного соединения с возможностью поворота электрода так, что он может поворачиваться для регулирования внутреннего угла относительно вертикального направления,the electrode is connected to the base by means of an active connection mechanism so that the position of the electrode can be adjusted in the vertical and horizontal directions, the active connection mechanism is connected to the base in a vertical manner, the electrode is connected to the active connection mechanism with the possibility of rotation of the electrode so that it can be rotated to adjust the internal angle relative to the vertical direction,

электрод представляет собой электрод с полузамкнутой дугообразной поверхностью, при этом центральный угол α, соответствующий дугообразной поверхности, равен 90°, а материалом для изготовления электрода является цинкомедный сплав (основными компонентами цинкомедного сплава являются 60 вес.% меди, 37 вес.% цинка, 1 вес.% титана, 1 вес.% графена и 1 вес.% других материалов),the electrode is an electrode with a semi-closed arcuate surface, wherein the central angle α corresponding to the arcuate surface is 90°, and the material for making the electrode is a zinc-copper alloy (the main components of the zinc-copper alloy are 60 wt.% copper, 37 wt.% zinc, 1 wt.% titanium, 1 wt.% graphene and 1 wt.% other materials),

внутренний угол θ, образованный линиями продолжения осей симметрии двух электродов, находящихся в симметричном положении, составляет 77°,the internal angle θ formed by the lines of continuation of the axes of symmetry of two electrodes located in a symmetrical position is 77°,

наружный цилиндр плазменного реактора со скользящей дугой выполнен из кварцевого стекла,the outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is made of quartz glass,

толщина слоя катализатора обеспечивает объемную скорость прохождения катализатора через подаваемый газ, составляющую 2000 ед./час,the thickness of the catalyst layer ensures a volumetric flow rate of the catalyst through the supplied gas of 2000 units/hour,

объем плазменного реактора со скользящей дугой в данном примере составляет 3 л.The volume of the sliding arc plasma reactor in this example is 3 l.

Условия работы плазменного реактора со скользящей дугой в данном примере следующие:The operating conditions of the sliding arc plasma reactor in this example are as follows:

мощность разряда отрегулирована до 300 Вт, напряжение составляет 3,0 кВ, частота разряда составляет 22,3 кГц, расход газа на впуске составляет 1 л/мин для метана и 3 л/мин для водорода, высота слоя катализатора, заложенного в реакторе в нижней реакционной зоне, составляет 15 мм, а порция катализатора составляет 60 г, катализатором является катализатор 1, приготовленный в соответствии с Примером 1 подготовительных работ,the discharge power is adjusted to 300 W, the voltage is 3.0 kV, the discharge frequency is 22.3 kHz, the gas flow rate at the inlet is 1 l/min for methane and 3 l/min for hydrogen, the height of the catalyst layer placed in the reactor in the lower reaction zone is 15 mm, and the catalyst portion is 60 g, the catalyst is catalyst 1 prepared in accordance with Example 1 of the preparatory work,

через впускное отверстие реактора в него в течение 30 мин вводят азот, при этом приток газа составляет 3 л/мин, заменяют кислород в реакторе, вводят смешанный газ (приток газа составляет 2 л/мин для азота и 1 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, при этом напряжение регулируют до 2,0 кВ, а частоту - до 20 кГц, инициируют разряд, в нижней реакционной зоне в течение примерно 3 часов проводят реакцию восстановления катализатора и завершают ее, при этом цвет катализатора в целом становится черным, отключают источник питания, вводят смешанный газ (приток газа составляет 1 л/мин для метана и 3 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, при этом напряжение регулируют до 2,0 кВ, а частоту - до 22,3 кГц, инициируют разряд, напряжение регулируют до 3,0 кВ, причем мощность на этот момент составляет 300 Вт, и проводят реакцию в течение 8 часов,nitrogen is introduced into the reactor through the inlet for 30 minutes at a gas inflow rate of 3 l/min, the oxygen in the reactor is replaced, mixed gas is introduced (the gas inflow rate is 2 l/min for nitrogen and 1 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, the voltage is adjusted to 2.0 kV and the frequency to 20 kHz, the discharge is initiated, the catalyst reduction reaction is carried out in the lower reaction zone for about 3 hours and is completed, the color of the catalyst as a whole becomes black, the power source is turned off, mixed gas is introduced (the gas inflow rate is 1 l/min for methane and 3 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, the voltage is adjusted to 2.0 kV and the frequency is adjusted to 22.3 kHz, the discharge is initiated, the voltage is adjusted to 3.0 kV, the power at this point being 300 W, and the reaction is carried out for 8 hours,

выполняют анализ хвостового газа и получают следующий результат: степень конверсии метана составляет 47,9%, селективность по этилену составляет 88,7%, селективность по этану составляет 5,9%, селективность по углеводородам выше С3 составляет 5,4%, при этом видимое осаждение углерода отсутствует.They perform an analysis of the tail gas and obtain the following result: the degree of methane conversion is 47.9%, the selectivity for ethylene is 88.7%, the selectivity for ethane is 5.9%, the selectivity for hydrocarbons above C3 is 5.4%, and there is no visible carbon deposition.

Пример 2Example 2

В данном примере для проведения реакции конверсии метана используют плазменный реактор со скользящей дугой, аналогичный реактору из Примера 1, за исключением того, что в данном примере:In this example, a sliding arc plasma reactor similar to the reactor in Example 1 is used to carry out the methane conversion reaction, except that in this example:

электрод представляет собой электрод с полузамкнутой дугообразной поверхностью, при этом центральный угол α, соответствующий дугообразной поверхности, равен 120°, а материалом для изготовления электрода является нержавеющая сталь марки 316Г,the electrode is an electrode with a semi-closed arcuate surface, where the central angle α, corresponding to the arcuate surface, is 120°, and the material for the manufacture of the electrode is stainless steel grade 316G,

внутренний угол θ, образованный линиями продолжения осей симметрии двух электродов, находящихся в симметричном положении, составляет 46°,the internal angle θ formed by the lines of continuation of the axes of symmetry of two electrodes located in a symmetrical position is 46°,

наружный цилиндр плазменного реактора со скользящей дугой изготовлен из нержавеющей стали марки 304 с кварцевой футеровкой,The outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is made of 304 stainless steel with a quartz lining,

толщина слоя катализатора обеспечивает объемную скорость прохождения катализатора через подаваемый газ, составляющую 6000 ед./час,the thickness of the catalyst layer ensures a volumetric flow rate of the catalyst through the supplied gas of 6000 units/hour,

объем плазменного реактора со скользящей дугой в данном примере составляет 4 л.The volume of the sliding arc plasma reactor in this example is 4 l.

В данном примере мощность разряда отрегулирована до 250 Вт, напряжение составляет 1,8 кВ, частота разряда составляет 25,5 кГц, расход газа на впуске составляет 0,5 л/мин для метана и 2 л/мин для водорода,In this example, the discharge power is adjusted to 250 W, the voltage is 1.8 kV, the discharge frequency is 25.5 kHz, the gas flow rate at the inlet is 0.5 l/min for methane and 2 l/min for hydrogen,

через впускное отверстие реактора в него в течение 30 мин вводят азот, при этом приток газа составляет 3 л/мин, заменяют кислород в реакторе, подают смешанный газ (приток газа составляет 2,5 л/мин для азота и 1,5 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, причем напряжение регулируют до 3,0 кВ, а частоту - до 16,3 кГц, инициируют разряд, в нижней реакционной зоне в течение примерно 2,5 часов проводят реакцию восстановления катализатора и завершают ее, при этом цвет катализатора в целом становится черным, отключают источник питания, вводят смешанный газ (приток газа составляет 0,5 л/мин для метана и 2 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, при этом напряжение регулируют до 1,5 кВ, а частоту - до 25,5 кГц, инициируют разряд, регулируют напряжение до заданного значения 1,8 кВ, причем мощность на этот момент составляет 250 Вт, и проводят реакцию в течение 8 часов.nitrogen is introduced into the reactor through the inlet for 30 minutes at a gas inflow rate of 3 l/min, the oxygen in the reactor is replaced, mixed gas is supplied (the gas inflow rate is 2.5 l/min for nitrogen and 1.5 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, with the voltage being adjusted to 3.0 kV and the frequency to 16.3 kHz, the discharge is initiated, the catalyst reduction reaction is carried out in the lower reaction zone for approximately 2.5 hours and completed, with the color of the catalyst as a whole becoming black, the power source is turned off, mixed gas is introduced (the gas inflow rate is 0.5 l/min for methane and 2 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, with the voltage being adjusted to 1.5 kV and the frequency to 25.5 kHz, the discharge is initiated, the voltage is adjusted to a predetermined value of 1.8 kV, with the power at this point being 250 W, and the reaction is carried out for 8 hours.

Остальная часть процесса такая же, как в Примере 1.The rest of the process is the same as in Example 1.

Выполняют анализ хвостового газа и получают следующий результат: степень конверсии метана составляет 48,7%, селективность по этилену составляет 89,2%, селективность по этану составляет 4,7%, селективность по углеводородам выше С3 составляет 6,1%, при этом видимое осаждение углерода отсутствует.The tail gas is analyzed and the following result is obtained: the degree of methane conversion is 48.7%, the selectivity for ethylene is 89.2%, the selectivity for ethane is 4.7%, the selectivity for hydrocarbons above C3 is 6.1%, and there is no visible carbon deposition.

Пример 3Example 3

В данном примере для проведения реакции конверсии метана используют плазменный реактор со скользящей дугой, аналогичный реактору из Примера 1, за исключением того, что в данном примере:In this example, a sliding arc plasma reactor similar to the reactor in Example 1 is used to carry out the methane conversion reaction, except that in this example:

электрод представляет собой электрод с полностью замкнутой дугообразной поверхностью, а материалом, образующим электрод, является графит,the electrode is an electrode with a completely closed arc-shaped surface, and the material forming the electrode is graphite,

внутренний угол θ, образованный линиями продолжения осей симметрии двух электродов, находящихся в симметричном положении, составляет 15°,the internal angle θ formed by the lines of continuation of the axes of symmetry of two electrodes located in a symmetrical position is 15°,

наружный цилиндр плазменного реактора со скользящей дугой выполнен из закаленного стекла,the outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is made of tempered glass,

толщина слоя катализатора обеспечивает объемную скорость прохождения катализатора через подаваемый газ, составляющую 8000 ед./час,the thickness of the catalyst layer ensures a volumetric flow rate of the catalyst through the supplied gas of 8000 units/hour,

объем плазменного реактора со скользящей дугой в данном примере составляет 3,3 л.The volume of the sliding arc plasma reactor in this example is 3.3 l.

В данном примере мощность разряда отрегулирована до 280 Вт, напряжение составляет 3,5 кВ, частота разряда составляет 17,5 кГц, расход газа на впуске составляет 1,75 л/мин для метана и 2,3 л/мин для водорода,In this example, the discharge power is adjusted to 280 W, the voltage is 3.5 kV, the discharge frequency is 17.5 kHz, the gas flow rate at the inlet is 1.75 l/min for methane and 2.3 l/min for hydrogen,

через впускное отверстие реактора в него в течение 30 мин вводят азот, при этом приток газа составляет 3 л/мин, заменяют кислород в реакторе, вводят смешанный газ (приток газа составляет 3 л/мин для азота и 2,5 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, причем напряжение регулируют до 3,0 кВ, а частоту - до 21,2 кГц, инициируют разряд, в нижней реакционной зоне в течение примерно 3,5 ч проводят реакцию восстановления катализатора и завершают ее, при этом цвет катализатора в целом становится черным, отключают источник питания, вводят смешанный газ (приток газа составляет 2,5 л/мин для метана и 2,5 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, при этом напряжение регулируют до 2,5 кВ, а частоту - до 17,5кГц, инициируют разряд, напряжение регулируют до заданного значения 3,5 кВ, причем мощность на этот момент составляет 280 Вт, и проводят реакцию в течение 8 часов.nitrogen is introduced into the reactor through the inlet for 30 minutes at a gas inflow rate of 3 l/min, the oxygen in the reactor is replaced, mixed gas is introduced (the gas inflow rate is 3 l/min for nitrogen and 2.5 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, with the voltage being adjusted to 3.0 kV and the frequency to 21.2 kHz, the discharge is initiated, the catalyst reduction reaction is carried out in the lower reaction zone for approximately 3.5 hours and is completed, with the color of the catalyst as a whole becoming black, the power source is turned off, mixed gas is introduced (the gas inflow rate is 2.5 l/min for methane and 2.5 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, with the voltage being adjusted to 2.5 kV and the frequency to 17.5 kHz, the discharge is initiated, the voltage is adjusted to a predetermined value of 3.5 kV, with the power at this point being 280 W, and the reaction is carried out for 8 hours.

Остальная часть процесса такая же, как в Примере 1.The rest of the process is the same as in Example 1.

Выполняют анализ хвостового газа и получают следующий результат: степень конверсии метана составляет 47,5%, селективность по этилену составляет 91,3%, селективность по этану составляет 5,6%, селективность по углеводородам выше С3 составляет 3,1%, при этом видимое осаждение углерода отсутствует.The tail gas is analyzed and the following result is obtained: the degree of methane conversion is 47.5%, the selectivity for ethylene is 91.3%, the selectivity for ethane is 5.6%, the selectivity for hydrocarbons above C3 is 3.1%, and there is no visible carbon deposition.

Пример 4Example 4

В данном примере для проведения реакции конверсии метана используют плазменный реактор со скользящей дугой, аналогичный реактору из Примера 1, за исключением того, что в данном примере:In this example, a sliding arc plasma reactor similar to the reactor in Example 1 is used to carry out the methane conversion reaction, except that in this example:

электрод представляет собой электрод с полузамкнутой дугообразной поверхностью, центральный угол α, соответствующий дугообразной поверхности, равен 72°, а материалом для изготовления электрода является никель-хромовый сплав (основными компонентами никель-хромового сплава являются 10 вес.% железа, 17 вес.% хрома, 1 вес.% алюминия, 2 вес.% титана, 1 вес.% ниобия, 0,5 вес.% молибдена, 0,1 вес.% вольфрама, 0,2 вес.% кремния, 0,05 вес.% углерода, 0,05 вес.% циркония, и остальное количество составляет никель),the electrode is an electrode with a semi-closed arc-shaped surface, the central angle α corresponding to the arc-shaped surface is 72°, and the material for making the electrode is nickel-chromium alloy (the main components of the nickel-chromium alloy are 10 wt.% iron, 17 wt.% chromium, 1 wt.% aluminum, 2 wt.% titanium, 1 wt.% niobium, 0.5 wt.% molybdenum, 0.1 wt.% tungsten, 0.2 wt.% silicon, 0.05 wt.% carbon, 0.05 wt.% zirconium, and the rest is nickel),

внутренний угол θ, образованный линиями продолжения осей симметрии двух электродов, находящихся в симметричном положении, составляет 40°,the internal angle θ formed by the lines of continuation of the axes of symmetry of two electrodes located in a symmetrical position is 40°,

наружный цилиндр плазменного реактора со скользящей дугой выполнен из керамики,the outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is made of ceramics,

толщина слоя катализатора обеспечивает объемную скорость прохождения катализатора через подаваемый газ, составляющую 3500 ед./час,the thickness of the catalyst layer ensures a volumetric flow rate of the catalyst through the supplied gas of 3500 units/hour,

объем плазменного реактора со скользящей дугой в данном примере составляет 5 л.The volume of the sliding arc plasma reactor in this example is 5 l.

В данном примере мощность разряда отрегулирована до 350 Вт, напряжение составляет 4,2 кВ, частота разряда составляет 25,5 кГц, расход газа на впуске составляет 2,9 л/мин для метана и 3,8 л/мин для водорода,In this example, the discharge power is adjusted to 350 W, the voltage is 4.2 kV, the discharge frequency is 25.5 kHz, the gas flow rate at the inlet is 2.9 l/min for methane and 3.8 l/min for hydrogen,

через впускное отверстие реактора в него в течение 30 мин вводят азот, при этом приток газа составляет 2,5 л/мин, заменяют кислород в реакторе, подают смешанный газ (приток газа составляет 2,5 л/мин для азота и 1,5 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, причем напряжение регулируют до 1,6 кВ, а частоту - до 20,4 кГц, инициируют разряд, в нижней реакционной зоне в течение примерно 4 часов проводят реакцию восстановления катализатора и завершают ее, при этом цвет катализатора в целом становится черным, и отключают источник питания, вводят смешанный газ (приток газа составляет 2,9 л/мин для метана и 3,8 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, при этом напряжение регулируют до 2,5 кВ, а частоту - до 25,5кГц, инициируют разряд, напряжение регулируют до заданного значения 4,2 кВ, причем мощность на этот момент составляет 350 Вт, и проводят реакцию в течение 8 часов.nitrogen is introduced into the reactor through the inlet for 30 minutes, the gas inflow is 2.5 l/min, the oxygen in the reactor is replaced, mixed gas is supplied (the gas inflow is 2.5 l/min for nitrogen and 1.5 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, the voltage being adjusted to 1.6 kV and the frequency to 20.4 kHz, the discharge is initiated, the catalyst reduction reaction is carried out in the lower reaction zone for approximately 4 hours and is completed, the color of the catalyst as a whole becoming black, and the power source is turned off, mixed gas is introduced (the gas inflow is 2.9 l/min for methane and 3.8 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, the voltage being adjusted to 2.5 kV and the frequency to 25.5 kHz, the discharge is initiated, the voltage is adjusted to a given value of 4.2 kV, and the power at this the moment is 350 W, and the reaction is carried out for 8 hours.

Остальная часть процесса такая же, как в Примере 1.The rest of the process is the same as in Example 1.

Выполняют анализ хвостового газа и получают следующий результат: степень конверсии метана составляет 48,7%, селективность по этилену составляет 90,5%, селективность по этану составляет 6,7%, селективность по углеводородам выше С3 составляет 2,8%, при этом видимое осаждение углерода отсутствует.The tail gas is analyzed and the following result is obtained: the degree of methane conversion is 48.7%, the selectivity for ethylene is 90.5%, the selectivity for ethane is 6.7%, the selectivity for hydrocarbons above C3 is 2.8%, and there is no visible carbon deposition.

Все Примеры 5-8 выполнены с использованием схемы способа, показанной на Фиг. 2.All Examples 5-8 were performed using the method scheme shown in Fig. 2.

В Примерах 5-8 реакцию конверсии метана осуществляют с использованием плазменного реактора со скользящей дугой, при этом в качестве генератора скользящей дуги электрода используют генератор скользящей дуги с трубчатым электродом, и средняя толщина материала электрода (исключая любой возможно имеющийся слой покрытия) составляет 2 мм.In Examples 5-8, the methane conversion reaction is carried out using a sliding arc plasma reactor, wherein a sliding arc generator with a tubular electrode is used as the sliding arc generator of the electrode, and the average thickness of the electrode material (excluding any possible coating layer) is 2 mm.

Пример 5Example 5

Конкретная конструкция и конструктивные параметры реактора следующие:The specific design and construction parameters of the reactor are as follows:

реактор имеет впускное отверстие, содержит генератор скользящей дуги электрода, нижнюю реакционную зону и отверстие для выпуска продукта, при этом генератор скользящей дуги электрода содержит газовую форсунку, электрод, основание и механизм активного соединения,the reactor has an inlet, contains a sliding arc electrode generator, a lower reaction zone and a product outlet, wherein the sliding arc electrode generator contains a gas nozzle, an electrode, a base and an active connection mechanism,

основание генератора скользящей дуги электрода выполнено с двумя электродами, которые расположены симметричным образом, так что между электродами может быть образована зона разряда, при этом газовая форсунка расположена в направлении, соответствующем электроду, и сообщается с трубопроводом для подачи газа к впускному отверстию реактора, так что реакционный газ может поступать в плазменный реактор со скользящей дугой от впускного отверстия реактора через газовую форсунку,the base of the sliding arc generator of the electrode is made with two electrodes which are arranged in a symmetrical manner so that a discharge zone can be formed between the electrodes, wherein the gas nozzle is arranged in a direction corresponding to the electrode and communicates with a pipeline for supplying gas to the inlet of the reactor so that the reaction gas can enter the plasma reactor with a sliding arc from the inlet of the reactor through the gas nozzle,

электрод соединен с основанием при помощи механизма активного соединения, так что положение электрода может регулироваться в вертикальном и горизонтальном направлениях, механизм активного соединения соединен с основанием вертикальным образом, электрод соединен с механизмом активного соединения с возможностью поворота электрода так, что он может поворачиваться для регулирования внутреннего угла относительно вертикального направления,the electrode is connected to the base by means of an active connection mechanism so that the position of the electrode can be adjusted in the vertical and horizontal directions, the active connection mechanism is connected to the base in a vertical manner, the electrode is connected to the active connection mechanism with the possibility of rotation of the electrode so that it can be rotated to adjust the internal angle relative to the vertical direction,

газовые форсунки расположены в шахматном порядке в соответствующем направлении электродов,gas injectors are staggered in the corresponding direction of the electrodes,

материалом для образования электрода является никелемедный сплав (основной состав никелемедного сплава следующий: 0,15 вес.% кремния, 7,0 вес.% марганца, 0,15 вес.% фосфора, 22,0 вес.% никеля, 3,0 вес.% кобальта, 3,0 вес.% цинка, 0,20 вес.% свинца, 3,0 вес.% железа, 0,15 вес.% редкоземельных элементов, 0,006 вес.% мышьяка, и остальное количество составляет медь),the material for forming the electrode is a nickel-copper alloy (the main composition of the nickel-copper alloy is as follows: 0.15 wt.% silicon, 7.0 wt.% manganese, 0.15 wt.% phosphorus, 22.0 wt.% nickel, 3.0 wt.% cobalt, 3.0 wt.% zinc, 0.20 wt.% lead, 3.0 wt.% iron, 0.15 wt.% rare earth elements, 0.006 wt.% arsenic, and the rest is copper),

внутренний угол θ, образованный линиями продолжения осей симметрии двух электродов, находящихся в симметричном положении, составляет 35°,the internal angle θ formed by the lines of continuation of the axes of symmetry of two electrodes located in a symmetrical position is 35°,

наружный цилиндр плазменного реактора со скользящей дугой выполнен из кварцевого стекла,the outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is made of quartz glass,

толщина слоя катализатора обеспечивает объемную скорость прохождения катализатора через подаваемый газ, составляющую 2000 ед./час,the thickness of the catalyst layer ensures a volumetric flow rate of the catalyst through the supplied gas of 2000 units/hour,

объем плазменного реактора со скользящей дугой в данном примере составляет 3 л.The volume of the sliding arc plasma reactor in this example is 3 l.

Условия работы плазменного реактора со скользящей дугой в данном примере следующие:The operating conditions of the sliding arc plasma reactor in this example are as follows:

мощность разряда отрегулирована до 230 Вт, напряжение составляет 2,7 кВ, частота разряда составляет 25,7 кГц, расход газа на впуске составляет 1,3 л/мин для метана и 2,1 л/мин для водорода, высота слоя катализатора, заложенного в реактор в нижней реакционной зоне, составляет 15 мм, а порция катализатора составляет 60 г, катализатором является катализатор 1, приготовленный в соответствии с Примером 1 подготовительных работ,the discharge power is adjusted to 230 W, the voltage is 2.7 kV, the discharge frequency is 25.7 kHz, the gas flow rate at the inlet is 1.3 l/min for methane and 2.1 l/min for hydrogen, the height of the catalyst layer placed in the reactor in the lower reaction zone is 15 mm, and the catalyst portion is 60 g, the catalyst is catalyst 1 prepared in accordance with Example 1 of the preparatory work,

через впускное отверстие реактора в него в течение 30 мин вводят азот, при этом приток газа составляет 3 л/мин, заменяют кислород в реакторе, подают смешанный газ (приток газа составляет 1,8 л/мин для азота и 1,5 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, причем напряжение регулируют до 2,0 кВ, а частоту - до 25,7 кГц, инициируют разряд, в нижней реакционной зоне в течение примерно 3,5 ч проводят реакцию восстановления катализатора и завершают ее, при этом цвет катализатора в целом становится черным, отключают источник питания, вводят смешанный газ (приток газа составляет 1,3 л/мин для метана и 2,1 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, при этом напряжение регулируют до 2,0 кВ, а частоту - до 25,7кГц, инициируют разряд, регулируют напряжение до заданного значения 2,7 кВ, причем мощность на этот момент составляет 230 Вт, и проводят реакцию в течение 8 часов.nitrogen is introduced into the reactor through the inlet for 30 min, with the gas inflow being 3 l/min, the oxygen in the reactor is replaced, mixed gas is supplied (the gas inflow is 1.8 l/min for nitrogen and 1.5 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, with the voltage being adjusted to 2.0 kV and the frequency to 25.7 kHz, the discharge is initiated, the catalyst reduction reaction is carried out in the lower reaction zone for approximately 3.5 h and is completed, with the color of the catalyst as a whole becoming black, the power source is turned off, mixed gas is introduced (the gas inflow is 1.3 l/min for methane and 2.1 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, with the voltage being adjusted to 2.0 kV and the frequency to 25.7 kHz, the discharge is initiated, the voltage is adjusted to a given value of 2.7 kV, with the power at this point is 230 W, and the reaction is carried out for 8 hours.

Выполняют анализ хвостового газа и получают следующие результаты: степень конверсии метана составляет 50,4%, селективность по этилену составляет 89,3%, селективность по этану составляет 6,5%, селективность по углеводородам выше С3 составляет 4,2%, пи этом видимое осаждение углерода отсутствует.The tail gas is analyzed and the following results are obtained: the degree of methane conversion is 50.4%, the selectivity for ethylene is 89.3%, the selectivity for ethane is 6.5%, the selectivity for hydrocarbons above C3 is 4.2%, while there is no visible carbon deposition.

Пример 6Example 6

В данном примере используют плазменный реактор со скользящей дугой, аналогичный реактору из Примера 5, за исключением того, что в данном примере:This example uses a sliding arc plasma reactor similar to the reactor in Example 5, except that in this example:

газовые форсунки взаимно выровнены в соответствующих направлениях электродов,the gas injectors are mutually aligned in the corresponding directions of the electrodes,

материал, из которого изготовлен электрод, представляет собой нержавеющую сталь марки 316L,the material from which the electrode is made is 316L stainless steel,

внутренний угол θ, образованный линиями продолжения осей симметрии двух электродов, находящихся в симметричном положении, составляет 63°,the internal angle θ formed by the lines of continuation of the axes of symmetry of two electrodes located in a symmetrical position is 63°,

наружный цилиндр плазменного реактора со скользящей дугой выполнен из нержавеющей стали марки 304 с кварцевой футеровкой,The outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is made of 304 stainless steel with a quartz lining,

толщина слоя катализатора обеспечивает объемную скорость прохождения катализатора через подаваемый газ, составляющую 6000 ед./час,the thickness of the catalyst layer ensures a volumetric flow rate of the catalyst through the supplied gas of 6000 units/hour,

объем плазменного реактора со скользящей дугой в данном примере составляет 4 л.The volume of the sliding arc plasma reactor in this example is 4 l.

В данном примере мощность разряда отрегулирована до 257 Вт, напряжение составляет 1,9 кВ, частота разряда составляет 14,9 кГц, расход газа на впуске составляет 2,1 л/мин для метана и 2,8 л/мин для водорода,In this example, the discharge power is adjusted to 257 W, the voltage is 1.9 kV, the discharge frequency is 14.9 kHz, the gas flow rate at the inlet is 2.1 l/min for methane and 2.8 l/min for hydrogen,

через впускное отверстие реактора в него в течение 30 мин вводят азот, при этом приток газа составляет 3 л/мин, заменяют кислород в реакторе, вводят смешанный газ (приток газа составляет 2,2 л/мин для азота и 2,8 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, причем напряжение регулируют до 2,0 кВ, а частоту - до 14,9 кГц, инициируют разряд, в нижней реакционной зоне в течение примерно 4 ч проводят реакцию восстановления катализатора и завершают ее, при этом цвет катализатора в целом становится черным, отключают источник питания, вводят смешанный газ (приток газа составляет 2,1 л/мин для метана и 2,8 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, при этом напряжение регулируют до 1,5 кВ, а частоту - до 14,9 кГц, инициируют разряд, регулируют напряжение до заданного значения 1,9 кВ, причем мощность на этот момент составляет 257 Вт, и проводят реакцию в течение 8 часов.nitrogen is introduced into the reactor through the inlet for 30 minutes at a gas inflow rate of 3 l/min, the oxygen in the reactor is replaced, mixed gas is introduced (the gas inflow rate is 2.2 l/min for nitrogen and 2.8 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, with the voltage being adjusted to 2.0 kV and the frequency to 14.9 kHz, the discharge is initiated, the catalyst reduction reaction is carried out in the lower reaction zone for approximately 4 hours and is completed, with the color of the catalyst as a whole becoming black, the power source is turned off, mixed gas is introduced (the gas inflow rate is 2.1 l/min for methane and 2.8 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, with the voltage being adjusted to 1.5 kV and the frequency to 14.9 kHz, the discharge is initiated, the voltage is adjusted to a predetermined value of 1.9 kV, with the power at this point being 257 W, and the reaction is carried out for 8 hours.

Остальная часть процесса такая же, как в Примере 5.The rest of the process is the same as in Example 5.

Выполняют анализ хвостового газа и получают следующий результат: степень конверсии метана составляет 51,2%, селективность по этилену составляет 90,1%, селективность по этану составляет 5,4%, селективность по углеводородам выше С3 составляет 3,3%, при этом видимое осаждение углерода отсутствует.The tail gas is analyzed and the following result is obtained: the degree of methane conversion is 51.2%, the selectivity for ethylene is 90.1%, the selectivity for ethane is 5.4%, the selectivity for hydrocarbons above C3 is 3.3%, and there is no visible carbon deposition.

Пример 7Example 7

В данном примере используют плазменный реактор, аналогичный реактору из Примера 5, за исключением того, что в данном примере:This example uses a plasma reactor similar to the reactor in Example 5, except that in this example:

газовые форсунки взаимно выровнены в соответствующих направлениях электродов,the gas injectors are mutually aligned in the corresponding directions of the electrodes,

материал, из которого изготовлен электрод, представляет собой вольфрамоцериевый сплав (CexYyCszWmO3, где x:y:z:m=0,1:0,1:0,5:1),the material from which the electrode is made is a tungsten-cerium alloy (Ce x Y y Cs z W m O 3 , where x:y:z:m=0.1:0.1:0.5:1),

внутренний угол θ, образованный линиями продолжения осей симметрии двух электродов, находящихся в симметричном положении, составляет 85°,the internal angle θ formed by the lines of continuation of the axes of symmetry of two electrodes located in a symmetrical position is 85°,

наружный цилиндр плазменного реактора со скользящей дугой выполнен из закаленного стекла,the outer cylinder of the sliding arc plasma reactor is made of tempered glass,

толщина слоя катализатора обеспечивает объемную скорость прохождения катализатора через подаваемый газ, составляющую 8000 ед./час,the thickness of the catalyst layer ensures a volumetric flow rate of the catalyst through the supplied gas of 8000 units/hour,

объем плазменного реактора со скользящей дугой в данном примере составляет 3,3 л.The volume of the sliding arc plasma reactor in this example is 3.3 l.

В данном примере мощность разряда отрегулирована до 149 Вт, напряжение составляет 2,5 кВ, частота разряда составляет 26,5 кГц, расход газа на впуске составляет 1,1 л/мин для метана и 1,6 л/мин для водорода,In this example, the discharge power is adjusted to 149 W, the voltage is 2.5 kV, the discharge frequency is 26.5 kHz, the gas flow rate at the inlet is 1.1 l/min for methane and 1.6 l/min for hydrogen,

через впускное отверстие реактора в него в течение 30 мин вводят азот, при этом приток газа составляет 3 л/мин, заменяют кислород в реакторе, подают смешанный газ (приток газа составляет 2,5 л/мин для азота и 1,6 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, при этом напряжение регулируют до 2 кВ, а частоту - до 26,5 кГц, инициируют разряд, в нижней реакционной зоне в течение примерно 4,5 ч проводят реакцию восстановления катализатора и завершают ее, при этом цвет катализатора в целом становится черным, и отключают источник питания, вводят смешанный газ (приток газа составляет 1,1 л/мин для метана и 1,6 л/мин для водорода), включают источник питания, регулируют напряжение и частоту, при этом напряжение регулируют до 2 кВ, а частоту - до 26,5 кГц, инициируют разряд, регулируют напряжение до заданного значения 2,5 кВ, причем мощность на этот момент составляет 149 Вт, и проводят реакцию в течение 8 часов.nitrogen is introduced into the reactor through the inlet for 30 min at a gas inflow rate of 3 l/min, the oxygen in the reactor is replaced, mixed gas is supplied (the gas inflow rate is 2.5 l/min for nitrogen and 1.6 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, the voltage is adjusted to 2 kV and the frequency to 26.5 kHz, the discharge is initiated, the catalyst reduction reaction is carried out in the lower reaction zone for about 4.5 h and is completed, the color of the catalyst as a whole becomes black, and the power source is turned off, mixed gas is introduced (the gas inflow rate is 1.1 l/min for methane and 1.6 l/min for hydrogen), the power source is turned on, the voltage and frequency are adjusted, the voltage is adjusted to 2 kV and the frequency is adjusted to 26.5 kHz, the discharge is initiated, the voltage is adjusted to a predetermined value of 2.5 kV, and the power at this point is 149 W, and the reaction is carried out for 8 hours.

Остальная часть процесса такая же, как в Примере 5.The rest of the process is the same as in Example 5.

Выполняют анализ хвостового газа и получают следующий результат: степень конверсии метана составляет 52,1%, селективность по этилену составляет 88,4%, селективность по этану составляет 6,7%, селективность по углеводородам выше С3 составляет 4,9%, при этом видимое осаждение углерода отсутствует.The tail gas is analyzed and the following result is obtained: the degree of methane conversion is 52.1%, the selectivity for ethylene is 88.4%, the selectivity for ethane is 6.7%, the selectivity for hydrocarbons above C3 is 4.9%, and there is no visible carbon deposition.

Пример 8Example 8

В данном примере используют плазменный реактор со скользящей дугой, аналогичный реактору из Примера 5, за исключением того, что в данном примере:This example uses a sliding arc plasma reactor similar to the reactor in Example 5, except that in this example:

обратная сторона наружных поверхностей двух электродов (половина окружности электрода) имеет покрытие, в то время как противоположные поверхности (другая половина окружности электрода) не имеет покрытия.The reverse side of the outer surfaces of the two electrodes (half the circumference of the electrode) has a coating, while the opposite surfaces (the other half the circumference of the electrode) have no coating.

Нанесение покрытия осуществляют, как описано выше для предпочтительного варианта выполнения, последовательно нанося пленки Al2O3-ZnO-HfO2 снизу, при этом одно покрытие содержит 100 одиночных тонких пленок из оксида металла, полученных путем атомно-слоевого осаждения.The coating is applied as described above for the preferred embodiment, sequentially applying Al 2 O 3 -ZnO-HfO 2 films from below, with one coating containing 100 single thin films of metal oxide obtained by atomic layer deposition.

Остальная часть процесса такая же, как в Примере 5.The rest of the process is the same as in Example 5.

Выполняют анализ хвостового газа и получают следующий результат: степень конверсии метана составляет 52,3%, селективность по этилену составляет 93,3%, селективность по этану составляет 2,3%, селективность по углеводородам выше С3 составляет 4,4%, при этом видимое осаждение углерода отсутствует.The tail gas is analyzed and the following result is obtained: the degree of methane conversion is 52.3%, the selectivity for ethylene is 93.3%, the selectivity for ethane is 2.3%, the selectivity for hydrocarbons above C3 is 4.4%, and there is no visible carbon deposition.

Из указанных результатов следует, что, если для конверсии метана с получением олефина используют предложенный в данном изобретении плазменный реактор со скользящей дугой, скорость конверсии метана может быть заметно повышена, селективность этилена в продукте может быть улучшена, и осаждение углерода может быть заметно уменьшена по сравнению с известным уровнем техники. Реактор, предложенный в данном изобретении, может обеспечивать непрерывную и устойчивую реакцию при более высокой эффективности конверсии реагирующих веществ, и по сравнению с традиционным способом получения олефина из метана отсутствует образование СО2, исключена вероятность воспламенения и взрыва, и реактор является более безопасным и экологичным.From the above results it follows that if the plasma reactor with sliding arc proposed in this invention is used for methane conversion to obtain olefin, the methane conversion rate can be significantly increased, the ethylene selectivity in the product can be improved, and carbon deposition can be significantly reduced compared to the known state of the art. The reactor proposed in this invention can provide a continuous and stable reaction with a higher conversion efficiency of the reactants, and compared to the traditional method for obtaining olefin from methane, there is no formation of CO 2 , the probability of ignition and explosion is excluded, and the reactor is safer and more environmentally friendly.

Выше приведено подробное описание предпочтительных вариантов выполнения данного изобретения, однако данное изобретение не ограничено указанными вариантами. Возможно выполнение множества простых модификаций технического решения согласно изобретению в рамках объема технической идеи, в том числе комбинирование различных технических признаков любым другим подходящим образом, причем такие простые модификации и комбинации также следует рассматривать как относящиеся к сущности изобретения, и все они находятся в рамках объема изобретения.The above is a detailed description of preferred embodiments of the present invention, however, the present invention is not limited to the indicated embodiments. It is possible to make many simple modifications of the technical solution according to the invention within the scope of the technical idea, including combining various technical features in any other suitable way, and such simple modifications and combinations should also be considered as related to the essence of the invention, and all of them are within the scope of the invention.

Claims (36)

1. Плазменный реактор со скользящей дугой, содержащий камеру реактора и генератор плазмы скользящей дуги, расположенный в камере реактора,1. A sliding arc plasma reactor comprising a reactor chamber and a sliding arc plasma generator located in the reactor chamber, причем генератор плазмы скользящей дуги содержит по меньшей мере два электрода (3) с дугообразной поверхностью, расположенных симметричным образом, при этом все разрядные поверхности каждого электрода с дугообразной поверхностью представляют собой дугообразные поверхностные конструкции, при этом электрод (3) с дугообразной поверхностью представляет собой полностью замкнутую дугообразную поверхностную конструкцию и является стержнеобразным электродом или полым трубчатым электродом, или электрод (3) с дугообразной поверхностью представляет собой полузамкнутую дугообразную поверхностную конструкцию, причем центральный угол, соответствующий каждому электроду с дугообразной поверхностью, равен α, где 360° > α ≥ 60° , и местоположения электродов с дугообразной поверхностью обеспечивают образование зоны разряда между указанными электродами (3),wherein the sliding arc plasma generator comprises at least two electrodes (3) with an arc-shaped surface, arranged in a symmetrical manner, wherein all discharge surfaces of each electrode with an arc-shaped surface are arc-shaped surface structures, wherein the electrode (3) with an arc-shaped surface is a completely closed arc-shaped surface structure and is a rod-shaped electrode or a hollow tubular electrode, or the electrode (3) with an arc-shaped surface is a semi-closed arc-shaped surface structure, wherein the central angle corresponding to each electrode with an arc-shaped surface is equal to α, where 360° > α ≥ 60°, and the locations of the electrodes with an arc-shaped surface ensure the formation of a discharge zone between said electrodes (3), при этом генератор плазмы скользящей дуги дополнительно содержит газовую форсунку (2) и основание (6), причем электрод (3) с дугообразной поверхностью расположен на основании (6), а газовая форсунка (2) расположена на основании (6) и/или электроде (3) с дугообразной поверхностью, так что реакционный газ может поступать в плазменный реактор со скользящей дугой из впускного отверстия (1) реактора через газовую форсунку (2), wherein the sliding arc plasma generator additionally comprises a gas nozzle (2) and a base (6), wherein the electrode (3) with an arc-shaped surface is located on the base (6), and the gas nozzle (2) is located on the base (6) and/or the electrode (3) with an arc-shaped surface, so that the reaction gas can enter the sliding arc plasma reactor from the inlet (1) of the reactor through the gas nozzle (2), причем электрод (3) с дугообразной поверхностью соединен с основанием (6) с помощью механизма активного соединения так, что положение электрода (3) с дугообразной поверхностью может регулироваться как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.wherein the electrode (3) with an arc-shaped surface is connected to the base (6) by means of an active connection mechanism so that the position of the electrode (3) with an arc-shaped surface can be adjusted both in the vertical and horizontal directions. 2. Плазменный реактор по п.1, в котором электрод (3) с дугообразной поверхностью представляет собой полузамкнутую дугообразную поверхностную конструкцию, при этом 270° > α > 30°, и предпочтительно значение α выбрано из по меньшей мере одного из 180°, 120°, 90°, 72°, 60°.2. The plasma reactor according to claim 1, wherein the electrode (3) with an arcuate surface is a semi-closed arcuate surface structure, wherein 270° > α > 30°, and preferably the value of α is selected from at least one of 180°, 120°, 90°, 72°, 60°. 3. Плазменный реактор по п.1 или 2, в котором соотношение между длиной d2 зоны разряда и высотой d3 камеры реактора удовлетворяет условию 1 : 1,2-1,8.3. A plasma reactor according to claim 1 or 2, in which the ratio between the length d2 of the discharge zone and the height d3 of the reactor chamber satisfies the condition 1: 1.2-1.8. 4. Плазменный реактор по п.1 или 2, в котором генератор плазмы скользящей дуги содержит два или шесть электродов (3) с дугообразной поверхностью, расположенных симметричным образом, и/или4. A plasma reactor according to claim 1 or 2, in which the sliding arc plasma generator comprises two or six electrodes (3) with an arc-shaped surface, arranged in a symmetrical manner, and/or в центре верхней части генератора плазмы скользящей дуги расположена газовая форсунка (2), которая сообщается с трубопроводом для подачи газа к впускному отверстию (1) камеры реактора.In the center of the upper part of the sliding arc plasma generator there is a gas nozzle (2), which communicates with the pipeline for supplying gas to the inlet (1) of the reactor chamber. 5. Плазменный реактор по п.1 или 2, в котором в соответствующем направлении каждых двух дугообразных электродов (3), находящихся в симметричных положениях, расположено по меньшей мере несколько газовых форсунок (2), причем каждая газовая форсунка (2) сообщается с трубопроводом для подачи газа к впускному отверстию (1) камеры реактора,5. A plasma reactor according to claim 1 or 2, in which at least several gas nozzles (2) are located in the corresponding direction of each two arc-shaped electrodes (3) located in symmetrical positions, and each gas nozzle (2) communicates with a pipeline for supplying gas to the inlet opening (1) of the reactor chamber, предпочтительно для каждого электрода (3) с дугообразной поверхностью отношение расстояния между двумя соседними газовыми форсунками (2) и внутренним диаметром r2 газовой форсунки удовлетворяет условию 1 : 0,5-1,5.preferably, for each electrode (3) with an arcuate surface, the ratio of the distance between two adjacent gas nozzles (2) and the internal diameter r2 of the gas nozzle satisfies the condition 1: 0.5-1.5. 6. Плазменный реактор по п.4 или 5, в котором соотношение между внутренним диаметром r2 газовой форсунки (2) и минимальной шириной r3 зоны разряда удовлетворяет условию 1 : 2-8,6. A plasma reactor according to item 4 or 5, in which the ratio between the internal diameter r2 of the gas nozzle (2) and the minimum width r3 of the discharge zone satisfies the condition 1:2-8, предпочтительно материал, образующий газовую форсунку (2), является проводящим материалом,preferably the material forming the gas nozzle (2) is a conductive material, предпочтительно электропроводность проводящего материала, образующего газовую форсунку (2), > 1 МС/м, предпочтительно > 10 MС/м, а теплопроводность составляет > 10 Вт/(м⋅°С), предпочтительно > 50 Вт/(м⋅°С).preferably the electrical conductivity of the conductive material forming the gas nozzle (2) is > 1 MS/m, preferably > 10 MS/m, and the thermal conductivity is > 10 W/(m⋅°C), preferably > 50 W/(m⋅°C). 7. Плазменный реактор по п.1 или 2, в котором каждый электрод (3) c дугообразной поверхностью расположен наклонным образом, при этом внутренний угол θ, образованный линиями продолжения осей симметрии каждых двух электродов (3) с дугообразной поверхностью, находящихся в симметричном положении, составляет 5° - 160°, предпочтительно 10° - 90°, более предпочтительно 30° - 60°.7. A plasma reactor according to claim 1 or 2, in which each electrode (3) with an arcuate surface is located in an inclined manner, wherein the internal angle θ formed by the lines of continuation of the axes of symmetry of each two electrodes (3) with an arcuate surface located in a symmetrical position is 5° - 160°, preferably 10° - 90°, more preferably 30° - 60°. 8. Плазменный реактор по п.1 или 2, в котором ниже по потоку от генератора плазмы скользящей дуги в камере реактора расположена нижняя реакционная зона, выполненная с возможностью ее заполнения катализатором,8. A plasma reactor according to claim 1 or 2, in which downstream from the sliding arc plasma generator in the reactor chamber there is a lower reaction zone, designed with the possibility of filling it with a catalyst, предпочтительно нижняя реакционная зона выполнена сужающейся,preferably the lower reaction zone is tapered, предпочтительно соотношение между длиной d2 зоны разряда, длиной d4 разделительной зоны и высотой d5 нижней реакционной зоны удовлетворяет условию 1 : 0,1-0,8 : 0,5-1,5, при этом длина d4 разделительной зоны представляет собой расстояние между низом зоны разряда и верхом нижней реакционной зоны.preferably, the ratio between the length d2 of the discharge zone, the length d4 of the separation zone and the height d5 of the lower reaction zone satisfies the condition 1: 0.1-0.8: 0.5-1.5, wherein the length d4 of the separation zone represents the distance between the bottom of the discharge zone and the top of the lower reaction zone. 9. Способ конверсии метана с помощью плазмы, представляющий собой процесс непосредственного преобразования метана в олефины с помощью плазмы, причем указанный способ осуществляют в плазменном реакторе со скользящей дугой по любому из пп.1-8, и указанный способ включает:9. A method for converting methane using plasma, which is a process for directly converting methane into olefins using plasma, wherein said method is carried out in a sliding arc plasma reactor according to any one of claims 1 to 8, and said method comprises: введение реакционного газа, содержащего метан, в плазменный реактор со скользящей дугой, в условиях плазменного разряда для проведения реакции конверсии метана, причем указанный реакционный газ, содержащий метан, представляет собой смесь, содержащую метан и газ-носитель, и газ-носитель представляет собой водород.introducing a reaction gas containing methane into a sliding arc plasma reactor under plasma discharge conditions to carry out a methane conversion reaction, wherein said reaction gas containing methane is a mixture containing methane and a carrier gas, and the carrier gas is hydrogen. 10. Способ по п.9, в котором расход реакционного газа, содержащего метан, таков, что его объемная скорость при прохождении через нижнюю реакционную зону в плазменном реакторе со скользящей дугой, расположенную в камере реактора ниже по потоку от генератора плазмы скользящей дуги, составляет 1000-10000 ед./час, предпочтительно 5000-8000 ед./час.10. The method according to claim 9, wherein the flow rate of the reaction gas containing methane is such that its volumetric velocity when passing through the lower reaction zone in the sliding arc plasma reactor, located in the reactor chamber downstream from the sliding arc plasma generator, is 1000-10000 units/hour, preferably 5000-8000 units/hour. 11. Способ по п.9 или 10, в котором условия реакции конверсии метана включают следующие условия: напряжение U1 разряда составляет 1,0-5,0 кВ, а ток разряда составляет 100-3000 мА, и/или11. The method according to claim 9 or 10, wherein the methane conversion reaction conditions include the following conditions: the discharge voltage U1 is 1.0-5.0 kV, and the discharge current is 100-3000 mA, and/or соотношение между расходом V1 реакционного газа, содержащего метан и проходящего через верхнюю часть зоны разряда, и напряжением U1 разряда определено выражением V1 : U1 = 50-100 : 1, при этом V1 измеряют в л/мин, а U1 измеряют в кВ.the ratio between the flow rate V1 of the reaction gas containing methane and passing through the upper part of the discharge zone and the discharge voltage U1 is determined by the expression V1 : U1 = 50-100 : 1, where V1 is measured in l/min and U1 is measured in kV. 12. Способ по п.11, в котором условия реакции конверсии метана включают следующие условия: напряжение U1 разряда составляет 2,0-5,0 кВ, а ток разряда составляет 1000-3000 мА, и/или12. The method according to claim 11, wherein the conditions of the methane conversion reaction include the following conditions: the discharge voltage U1 is 2.0-5.0 kV, and the discharge current is 1000-3000 mA, and/or V1 : U1 = 50-80 : 1, предпочтительно V1 : U1 = 60-80 : 1.V1: U1 = 50-80: 1, preferably V1: U1 = 60-80: 1. 13. Способ по любому из пп.9-12, в котором катализатор, помещенный в нижнюю реакционную зону в плазменном реакторе со скользящей дугой, расположенную в камере реактора ниже по потоку от генератора плазмы скользящей дуги, содержит носитель, легированный оксидом титана, и активный компонент, переносимый носителем,13. The method according to any one of claims 9 to 12, wherein the catalyst placed in the lower reaction zone in the sliding arc plasma reactor located in the reactor chamber downstream of the sliding arc plasma generator comprises a carrier doped with titanium oxide and an active component carried by the carrier, причем активный компонент содержит первый активный компонент и второй активный компонент, при этом первый активный компонент выбирают из по меньшей мере одного из неблагородных металлов VIII группы и металлов IB группы, а второй активный компонент выбирают из по меньшей мере одного из благородных металлов VIII группы.wherein the active component comprises a first active component and a second active component, wherein the first active component is selected from at least one of the non-noble metals of group VIII and the metals of group IB, and the second active component is selected from at least one of the noble metals of group VIII. 14. Способ по п.13, в котором весовое отношение содержания элемента первого активного компонента к элементу второго активного компонента, рассчитанное по металлическим элементам, составляет 0,1-200 : 1, предпочтительно 0,1-10 : 1.14. The method according to claim 13, wherein the weight ratio of the content of the element of the first active component to the element of the second active component, calculated based on metallic elements, is 0.1-200:1, preferably 0.1-10:1. 15. Способ по п.13, в котором молярное соотношение L-кислоты и B-кислоты в носителе, легированном оксидом титана, составляет 0,1-50 : 1.15. The method according to claim 13, wherein the molar ratio of L-acid and B-acid in the titanium oxide-doped carrier is 0.1-50:1. 16. Способ по п.13, в котором носитель, легированный оксидом титана, выбирают из по меньшей мере одного из Al2O3, легированного оксидом титана, SiO2, легированного оксидом титана, MgO, легированного оксидом титана, и молекулярного сита, легированного оксидом титана, и/или16. The method of claim 13, wherein the titanium oxide-doped support is selected from at least one of titanium oxide-doped Al 2 O 3 , titanium oxide-doped SiO 2 , titanium oxide-doped MgO, and titanium oxide-doped molecular sieve, and/or в носителе, легированном оксидом титана, легирующее количество оксида титана составляет 0,1-10 вес.% от общего веса носителя.in a carrier doped with titanium oxide, the doping amount of titanium oxide is 0.1-10 wt.% of the total weight of the carrier. 17. Способ по любому из пп.13-16, в котором элемент первого активного компонента выбирают из по меньшей мере одного из Cu, Ag, Au, Ni и Fe, и/или17. The method according to any one of claims 13 to 16, wherein the element of the first active component is selected from at least one of Cu, Ag, Au, Ni and Fe, and/or элемент второго активного компонента выбирают из по меньшей мере одного из Pt, Rh, Pd и Ir.the element of the second active component is selected from at least one of Pt, Rh, Pd and Ir. 18. Способ по любому из пп.13-17, в котором содержание элемента первого активного компонента в катализаторе составляет 0,1-2 вес.% при расчете по металлическому элементу.18. The method according to any one of claims 13 to 17, wherein the content of the element of the first active component in the catalyst is 0.1 to 2 wt.%, calculated as a metallic element. 19. Способ по п.9, в котором метан и газ-носитель подают отдельно по трубопроводу, при этом скорость подачи метана составляет 0,5-5,0 л/мин, а скорость подачи водорода составляет 1,0-5,0 л/мин,19. The method according to claim 9, wherein methane and the carrier gas are fed separately through a pipeline, wherein the methane feed rate is 0.5-5.0 l/min, and the hydrogen feed rate is 1.0-5.0 l/min, предпочтительно скорость подачи метана составляет 0,5-2,5 л/мин, а скорость подачи водорода составляет 1,0-2,5 л/мин.Preferably, the methane feed rate is 0.5-2.5 L/min, and the hydrogen feed rate is 1.0-2.5 L/min. 20. Способ по любому из пп.9-19, в котором дополнительно выполняют сепарацию продукта, выходящего из выпускного отверстия (5) плазменного реактора со скользящей дугой, для получения диолефина углерода, тетраолефинов углерода и газообразного сырья, которое может быть возвращено путем рециркуляции к впускному отверстию (1) реактора со скользящей дугой.20. The method according to any one of claims 9 to 19, further comprising separating the product exiting the outlet (5) of the sliding arc plasma reactor to obtain carbon diolefin, carbon tetraolefins and gaseous feedstock that can be returned by recycling to the inlet (1) of the sliding arc reactor.
RU2024112885A 2021-12-20 2022-12-19 Plasma reactor with sliding arc and method of methane conversion using plasma RU2841079C2 (en)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111567218.1 2021-12-20
CN202111567211.X 2021-12-20
CN202111565366.X 2021-12-20
CN202111567219.6 2021-12-20
CN202111565360.2 2021-12-20
CN202111567220.9 2021-12-20
CN202111565369.3 2021-12-20
CN202111567216.2 2021-12-20
CN202111567199.2 2021-12-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2024112885A RU2024112885A (en) 2024-08-19
RU2841079C2 true RU2841079C2 (en) 2025-06-02

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2533565C1 (en) * 2013-11-07 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" Plasma method for mineral wool manufacturing and plant for its implementation
RU2588258C2 (en) * 2012-04-07 2016-06-27 Ральф ШПИЦЛЬ Method and device for production of acetylene using plasma technology

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2588258C2 (en) * 2012-04-07 2016-06-27 Ральф ШПИЦЛЬ Method and device for production of acetylene using plasma technology
RU2533565C1 (en) * 2013-11-07 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" Plasma method for mineral wool manufacturing and plant for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Zaenab Abd Allah et al. Plasma-catalytic dry reforming of methane in an atmospheric pressure AC gliding arc discharge, Catalysis Today, vol. 256, 2015, стр. 1 левый столбец - стр. 2 правый столбец, табл. 1. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11691119B2 (en) Low temperature plasma reaction device and hydrogen sulfide decomposition method
CN103601150B (en) Tube-tube type plasma reactor for preparing hydrogen through ammonia decomposition
CN111278533B (en) Plasma reaction apparatus and method for decomposing hydrogen sulfide
Li et al. The function of porous working electrodes for hydrogen production from water splitting in non-thermal plasma reactor
RU2414418C2 (en) Method of producing hydrogen and carbon nanofibres from hydrocarbon gas
RU2841079C2 (en) Plasma reactor with sliding arc and method of methane conversion using plasma
KR100561166B1 (en) Apparatus and method for syngas production using atmospheric barrier discharge reaction
US20250025852A1 (en) Gliding arc plasma reactor, and method for converting methane by means of plasma
Jinchao et al. Non-thermal plasma-catalytic reforming of tar over Ni-based catalysts
CN116272758B (en) Sliding arc plasma reactor and method for efficiently converting methane by plasma
CN115259983B (en) A method for producing ethylene through oxygen-free coupling of methane
CN116272755B (en) Sliding arc plasma reactor and method for generating olefin by directional conversion of methane by plasma
CN116272754B (en) Sliding arc plasma reactor and method for converting methane into olefin by plasma
CN116272753A (en) Method for coating blade electrode, sliding arc plasma reactor and method for converting methane by plasma
CN116313715B (en) Method for coating blade electrode, sliding arc plasma reactor and method for converting methane by plasma
CN111439728B (en) High-flux low-temperature plasma discharge equipment and method for decomposing hydrogen sulfide
CN116272756A (en) Method for coating a blade electrode, blade electrode, sliding arc plasma reactor and method for plasma conversion of methane
KR20050078456A (en) Continuous thermochemical vapour deposit system and mass production methods of carbon nanotubes thereof
CN116283470A (en) Method for converting methane into acetylene by plasma
CN116272757A (en) Method for preparing acetylene by plasma conversion of methane
CN100516175C (en) Atmospheric normal pressure liquid-solid medium blocking plasma coal liquefaction method
CN110292896B (en) Plasma reaction device and preparation method of unsaturated hydrocarbon
CN116272759A (en) Method for Plasma Conversion of Methane
CN110127600B (en) Method for decomposing hydrogen sulfide by dielectric barrier discharge
CN116351350B (en) Plasma reactors and their applications, and methods for improving the conversion rate and/or selectivity of low-carbon alkanes.