介質(zhì)阻擋放電等離子體條件下甲烷轉(zhuǎn)化的特性分析

《介質(zhì)阻擋放電等離子體條件下甲烷轉(zhuǎn)化的特性分析》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文摘要摘要甲烷作為重要的資源在能源和化工等領(lǐng)域受到越來越多的重視，甲烷廣泛存在于天然氣、煤層氣、油田伴生氣、煉廠氣中。隨石油資源的減少和對溫室效應(yīng)關(guān)注的增加，以甲烷為原料替代石油資源的基本有機(jī)化工合成路線具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。等離子體技術(shù)作為一種非常規(guī)技術(shù)在甲烷化學(xué)轉(zhuǎn)化研究中受到越來越多的關(guān)注。在這些等離子體技術(shù)中，介質(zhì)阻擋放電等離子體是一種低溫非平衡等離子體技術(shù)。本論文研究在介質(zhì)阻擋放電等離子體條件下甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)的特性。在研究中大量涉及介質(zhì)阻擋放電的物理過程，對過程物理問題的分析是理解和分析甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)的前提

2、。實(shí)驗(yàn)研究了介質(zhì)阻擋放電中微放電的形貌和特征。呻烷在介質(zhì)阻擋放電條件下形成微放電特征為：微放電的壽命約為20ns，微放電電流的直徑為O．03mlTl，峰值電流為0．4A，電流密度為40000A／cm2，電荷量為0．6nC。同時建立了一套可以實(shí)時監(jiān)控放電過程中電壓、電流、功率等物理量的物理測量裝置^』以純甲烷為反應(yīng)物在沒有添加催化劑的條件下，考察了大小兩個反應(yīng)器(分別對應(yīng)反應(yīng)器1和反應(yīng)器2)對甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響押烷的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到60％以上，產(chǎn)物主要包括氫氣、氣態(tài)烴、液態(tài)烴、固態(tài)烴等，液相和固相產(chǎn)物的總碳數(shù)選擇性可以達(dá)到50％以

3、上。采用較大的反應(yīng)器可以增加原料的處理量，同時得到的甲烷轉(zhuǎn)化率、液相和固相產(chǎn)物選擇性、能量效率都較高。在對介質(zhì)阻擋放電等離子體甲烷轉(zhuǎn)化過程做適當(dāng)?shù)那疤峒僭O(shè)條件下，嘗試解釋了過程的熱力學(xué)特性。認(rèn)為甲烷活化的能量來自外加電場，反應(yīng)物中的激發(fā)電子使反應(yīng)物處于激發(fā)態(tài)，提高了反應(yīng)物的化學(xué)勢，因而反應(yīng)可以發(fā)生。在實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)，經(jīng)過分析和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)得到外加電場輸入能量(P／F)和由外加電場引起的過程的吉布斯自由能變化(，(P／F))的關(guān)系：在反應(yīng)器1條件下，f(P／F)；3646×(P／F)“”2；在反應(yīng)器2條件下，廠(P／F)=14779

4、×(P／F)“112。通過數(shù)據(jù)擬合得到實(shí)驗(yàn)溫度下甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)的宏觀動力學(xué)方程：T=323K，一，=6．96×10～exp(一12．08xP“9)PrZHOO；T=348K，。r=7．49×10～exp(．12．08×P-0309)pr2Ⅳ00；T=373K，一r=7．80×10一exp(一12．08×P”9)阱2．。00。應(yīng)用簡單碰撞理論分析認(rèn)為指前因子ko與反應(yīng)溫度T的1／2次方成正比：kn=6．27×10。4×T1／2—4．28×10一。天津大學(xué)博士學(xué)位論文摘要二氧化碳作為介質(zhì)阻擋放電條件下甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)的共反應(yīng)物可以促進(jìn)甲

5、烷轉(zhuǎn)化，提高甲烷轉(zhuǎn)化率，降低固相產(chǎn)物的選擇性。f實(shí)驗(yàn)研究了不同反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、原料氣組成、輸入功率等因素對介質(zhì)阻擋放電條件下甲烷和二氧化碳反應(yīng)的影響。全面分析了產(chǎn)物組成，包括氣相的合成氣和氣態(tài)烴，液相的液態(tài)烴、醇和酸以及水等。在實(shí)驗(yàn)條件下，甲烷和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率分別在30％～65％和10％～50％之間。液態(tài)烴的選擇性、乙酸的選擇性和有機(jī)酸的總選擇性可以分別達(dá)到4．2w％、7．6w％、11．3w％。分析討論了產(chǎn)物中一氧化碳的來源，得到～氧化碳既來自二氧化碳的解離，也有甲烷轉(zhuǎn)化的部分貢獻(xiàn)，這包括了氣相反應(yīng)和表面反應(yīng)兩個過程。通過數(shù)據(jù)擬

6、合得到了氣態(tài)烴選擇性與烴分子含碳原子數(shù)之間的冪函數(shù)關(guān)系。rl由于放電的電極材料既作為放電的電極，同時也提供了表面反應(yīng)發(fā)生的表面，所以研究了不同電極材料對介質(zhì)阻擋放電條件下甲烷和二氧化碳反應(yīng)的作用。在有氦氣作為稀釋氣體條件下，分別考察了四種金屬電極對甲烷或二氧化碳反應(yīng)的影響，金屬對于甲烷轉(zhuǎn)化的活性順序是TizA1>Fe>Cu，對于二氧化碳的活性順序是AI>Cu>Ti>Fe；但是在甲烷與二氧化碳混合進(jìn)料條件下，四種金屬的區(qū)別不大。在沒有氦氣作為稀釋氣體時，不銹鋼材料條件下的甲烷Sn--氧化碳轉(zhuǎn)化率較高，_氧化碳、乙烷和丙烷等氣相產(chǎn)

7、物的選擇性較低，其余的金屬間差別不明顯√‘介質(zhì)阻擋放電等離子體條件下，甲烷和二氧化碳反應(yīng)生成的等離子體聚合物附著在電介質(zhì)(石英管)的壁面，形成一層致密的薄膜。生成的筆離王簽囂盒物．主要是聚酮類物質(zhì)和少量的無定型炭等。在等離子體聚合物的生成過程中，反應(yīng)生成的一氧化碳起了一定的作用。在對氣、液、固三相產(chǎn)物全面分析的前提下，探討了反應(yīng)的途徑，認(rèn)為反應(yīng)主要包括氣相反應(yīng)和表面反應(yīng)兩部分。產(chǎn)物中部分一氧化碳、酸等含氧有機(jī)物、液態(tài)烴、等離子體聚合物等主要是通過表面反應(yīng)過程生成。關(guān)鍵詞：介質(zhì)阻擋放電、等離子體、甲烷、二氧化碳II天津大學(xué)博：匕

8、學(xué)位論文AbstractAbstractMethaneistheprincipalcomponentofnaturalgas，coalbedmethane，associatedgasfromcrudeoil，andby—productfromoilrefining．Metha