一种用甲烷和氨气等离子体合成氨基乙腈和N,N-二甲基氰胺的方法

摘要

本发明涉及到一种用甲烷和氨气为原料合成氨基乙腈和N,N‑二甲基氰胺的方法。其特征是甲烷和氨气在非平衡等离子体的活化下生成含碳和含氮的自由基活性物种，上述物种通过自发反应一步生成目的产物。该方法属于一步法直接合成工艺，方法简单，原料廉价，不使用溶剂，无污染。另外，该方法也适用于C1‑C5的各种烷烃、烯烃、炔烃与氨气合成有机化合物。并且，除氨基乙腈和N,N‑二甲基氰胺外，利用等离子体合成法还可以得到乙腈、乙二胺、4,5‑二氢‑5‑甲基吡唑、氨基吡唑等产物。

主权项

一种用甲烷和氨气等离子体合成氨基乙腈和N,N‑二甲基氰胺的方法，其特征在于，步骤如下：(1)选择下述放电形式使甲烷分子和氨气分子得到活化①采用介质阻挡放电：采用管板式反应器、板板式反应器、针板式反应器或线筒式反应器；反应器的高压极和接地极采用金属材料制成；当采用管板式反应器时，两极间距是指中心管状电极端口与接地平板电极之间的距离；当采用板板式反应器时，两极间距指两个平行金属板之间的垂直距离；当采用针板式反应器时，两极间距是指针状电极的尖端与接地平板电极之间的距离；当采用线筒式反应器时，两极间距是指位于轴线的中心金属线状电极外壁与筒状接地电极内壁之间的距离；反应器的两极间距取0.3‑30mm；阻挡介质是单层介质或双层介质，贴在电极表面或置于两极之间，阻挡介质是绝缘材料；介质阻挡放电采用高压交流电源，电源频率取1kHz‑50kHz；②采用电晕放电：反应器采用针板式结构，反应器的一个电极是带有尖端的金属丝，另一个电极是金属平板，高压电极和接地电极在针、板间互换；反应器的两极间距是指针状电极的尖端与接地平板电极之间的距离，两极间距取0.3‑20mm；电源用高压直流电源；③采用脉冲电晕放电：反应器采用线筒式结构，反应器的中心晕线电极是金属丝，另一个电极是金属圆筒；高压极和接地极的间距4‑50mm；反应器的两极间距是指位于轴线的中心晕线外壁与金属筒壁之间的距离电源采用脉冲直流高压电源，使用储能电容通过火花间隙向负载泄放的方式产生脉冲电压，电源的峰值电压取20‑60kV；电源的脉冲重复频率取10‑150Hz；④采用辉光放电：反应器采用线筒式结构或板板式结构；放电反应器电极采用金属材料制成；当采用线筒式反应器时，反应器的两极间距是指位于轴线的中心金属线状电极与筒壁之间的距离，两极间距1‑50mm；当采用板板式反应器时，反应器的两极间距指两个平行金属板之间的垂直距离，两极间距1‑40mm；电源采用脉冲直流高压电源或脉冲交流高压电源；当采用脉冲直流高压电源时要用储能电容通过火花间隙向负载泄放的方式产生脉冲电压，脉冲直流高压电源的峰值电压取10‑60kV；脉冲直流高压电源的脉冲重复频率取10‑150Hz；当采用脉冲交流高压电源时，脉冲交流高压电源的峰值电压取0‑50kV；脉冲交流高压电源的脉冲重复频率取5‑60Hz；⑤采用射频放电：使用外部电容偶联的管状流动式等离子反应器，采用平板型电极，电极采用金属材料制成；电极装入方式采用内电极式、外电极式或内外结合式；反应器的两极间距是指两个平行金属板之间的垂直距离，两极间距0‑30mm；射频电源利用1‑100MHz高频，通过电感和电容耦合使反应器中气体放电形成等离子体，频率取1‑80MHz；⑥采用滑动电弧放电：滑动电弧等离子体发生器主要由反应釜和外部电源组成，反应釜包括一个喷嘴和两片刀片式电极；刀片式电极采用金属材料制成；刀片式电极的厚度为1‑10mm；两刀片式电极的间距为1‑6mm；滑动电弧等离子体发生器上的喷嘴直径为1‑4.5mm；刀片式电极起弧端距喷嘴距离为8‑21mm；⑦微波等离子：采用矩形波导微波化学谐振腔式反应器，该矩形波导微波化学谐振腔式反应器由石英材料制成，矩形波导微波化学谐振腔式反应器上端开设进口；矩形波导微波化学谐振腔式反应器的内径为5‑35mm；微波源工作频率为2.45GHz，调节大功率微波衰减器，调整短路活塞，使得包括石英反应器在内的谐振腔达到谐振，产生微波放电；微波源的输入功率为7‑800W；(2)将活化的甲烷分子和氨分子转化为目的产物甲烷和氨气在反应区中的停留时间取0.01s‑100s；放电温度取10‑650℃；放电压力取‑0.06MPa‑0.2MPa；反应体系中甲烷与氨气物质的摩尔比为0‑10且不等于0。