非平衡等離子體轉化甲烷的研究.pdf

1、天然氣的主要成分是甲烷。近年來，隨著世界性石油資源短缺，開辟以天然氣(甲烷)為原料替代石油資源的基本有機化工合成路線是十分富有挑戰(zhàn)性的研究課題之一。等離子體科技應用在化學，冶金學，微電子學和環(huán)境保護等方面一直有著持續(xù)的發(fā)展。通常有兩種截然不同等離子體被用于進行研究和工業(yè)應用：熱準平衡等離子體和冷非平衡等離子體.現(xiàn)代等離子體化學的一個挑戰(zhàn)就是整合這兩種不同的等離子體系統(tǒng)的優(yōu)點.大部分大尺度等離子體化學應用需要高能和高壓來達到高產率，同樣對

2、于有選擇性要求的化學處理，高電子溫度，高電子密度和較高的非平衡度也是重要的。因此很有必要得到高能放電來產生非平衡等離子體來使化學反應用具有高的效率和選擇性。 在本文中，對非熱電弧放電及介質阻擋放電的物理實驗現(xiàn)象和實驗參數(shù)進行了測量及分析。并利用上述兩種等離子體進行了甲烷轉化實驗，實驗結果表明，滑移電弧放電和介質阻擋放電產生的非平衡等離子體可以有效的轉化甲烷/甲烷和二氧化碳，得到了較好的的C2烴/合成氣混合物輸出。 本論文

3、的主要研究內容和結果如下： 設汁、制造了磁驅動滑移電弧產生大氣壓非平衡等離子體的實驗裝置和高壓恒流供電電源。磁場強度0～1.4T；電源電壓：2000～7500V可分級調節(jié)。 用CCD攝像機、光電法觀測弧柱的形狀和尺寸，研究電弧運動的規(guī)律，測量了電弧移動速度，電弧直徑。同時直接測量了電弧關鍵參數(shù)-電場強度。并推出了電流密度等參數(shù)。得到了這些參數(shù)在不同的實驗條件下的變化規(guī)律。并對實驗中發(fā)現(xiàn)的電弧截面非圓柱對稱等現(xiàn)象進行了分析

4、。 對實驗結果進行了分析和處理，根據測量的電弧電場強度、電弧電流，模擬了中性粒子溫度、電弧截面面積和等離子體非平衡度的關系式，與實驗結果相符。實驗結果證明在我們的實驗中，電弧具有較高的移動速度，電場強度，等離子體具有較高的非平衡度。 存磁驅動非熱電弧反應器中進行通過偶聯(lián)活化甲烷轉化制得乙炔的反應。使用氣相色譜儀對產物進行了在線分析。研究發(fā)現(xiàn)原料氣流量在一定程度上影響原料氣體的轉化率及產物的選擇性；增加反應體系能量密度和外

5、加磁場強度可增加反應物轉化率和產物的選擇性和收率。 使用高頻交流電源在同軸石英管放電裝置中產生介質阻擋放電，并在放電空間中填充不同介質(Al2O3顆粒和陶瓷纖維)進行了對比實驗。測量了放電的電流、電壓、電量、放電功率等基本參數(shù)隨實驗條件改變而產生的變化。實驗結果表明在我們所采用的放電裝置下產生的介質阻擋放電為電暈誘導的介質阻擋放電。 在介質阻擋放電條件下，進行了甲烷和二氧化碳轉化反應。對實驗結果加以分析。并對甲烷和二氧化