CH4-CO2等离子体重整制合成气的研究

论文摘要

随着世界石油资源的日益短缺，天然气这一高效、清洁、储量可观的能源越来越受到人们的重视。甲烷是天然气的主要成分，资源丰富。二氧化碳是含碳化合物的最终氧化产物，主要来源于化石燃料的燃料的燃烧和排放。二者同为温室气体，又是丰富的碳资源。因此CH4和CO2化学合成的研究不仅关系到未来资源的配置，对环境保护也同样有重要意义。本文采取电弧等离子体对原料气体CH4和CO2制取合成气进行研究。本文采用Gibbs自由能函数最小法，对不同CH4／CO2摩尔比的C-H-O多相热力学平衡体系计算，计算结果表明，CH4／CO2摩尔比对生成物的影响很大，在1500K～2000K温度区间计算出最大的CO、H2气相平衡浓度；CH4／CO2=1／4、2／3、1／1时，只会生成CO和H2；CH4／CO2=3／2、4／1时，除了生成CO和H2外，在3000K之后还会生成C2H2。实验考察了原料气CH4／CO2摩尔比、输入功率、进气方式、进气流量对原料转化率、产物选择性的影响。研究结果表明，电弧等离子体能够强化CH4的CO2重整反应，产物主要包括CO、H2、C2H2、C2H4、C3H6、C3H8等。随着原料气CH4／CO2摩尔比的减小，CH4的转化率增加；CO2的转化率呈先减小后增大的趋势，H2和CO的选择性则增加；CH4、CO2的转化率以及CO的选择性随输入功率的增加而增加；从阳极进气更利于原料气的活化，CO选择性的提高；进气流量对CH4、CO2的转化率也有一定影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 传统的甲烷转化工艺
• 1.2.1 甲烷的非催化部分氧化（POX）
• 1.2.2 甲烷水蒸汽转化（SMR）
• 2R）'>1.2.3 联合转化工艺（SMR/O₂R）
• 1.2.4 甲烷催化部分氟化过程（CPOM）
• 1.2.5 甲烷自热转化（ARM）
• 1.2.6 甲烷与二氧化碳重整制合成气
• 4—CO₂的研究进展'>1.3 等离子体重整CH₄—CO₂的研究进展
• 1.3.1 等离子体特性
• 1.3.2 热等离子体甲烷重整制合成气
• 1.3.3 弧光等离子体甲烷重整制合成气
• 1.3.4 冷等离子体甲烷催化转化
• 1.3.4.1 电晕放电等离子体
• 1.3.4.2 辉光放电等离子体
• 1.3.4.3 微波放电等离子体
• 1.3.4.4 介质阻挡放电等离子体
• 1.3.4.5 流光放电等离子体
• 1.4 课题的研究内容
• 4-CO₂重整制合成气热力学平衡体系分析'>第二章 CH₄-CO₂重整制合成气热力学平衡体系分析
• 2.1 引言
• 2.2 复杂体系化学反应平衡的计算方法
• 2.2.1 热力学平衡的数学描述
• 2.2.2 热力学数据
• 4/CO₂的热力学平衡体系分析'>2.3 CH₄/CO₂的热力学平衡体系分析
• 2.4 小结
• 4-CO₂等离子体重整制合成气实验部分'>第三章 CH₄-CO₂等离子体重整制合成气实验部分
• 3.1 实验装置与原料
• 3.1.1 反应器
• 3.1.2 等离子体电源
• 3.1.3 原料准备与分析
• 3.1.4 供料系统
• 3.1.5 取样系统
• 3.1.6 实验的操作过程
• 3.2 计量方法
• 3.2.1 气体流量的校准
• 3.2.2 分析装置的介绍
• 3.3 计算方法
• 4-CO₂等离子体重整制合成气的研究'>第四章 CH₄-CO₂等离子体重整制合成气的研究
• 4.1 工艺参数对反应和产物选择性的影响
• 4/CO₂摩尔比对反应和产物选择性的影响'>4.1.1 CH₄/CO₂摩尔比对反应和产物选择性的影响
• 4.1.2 输入功率对反应和产物选择性的影响
• 4.1.3 进气方式对反应和产物选择性的影响
• 4.1.4 气体流量对反应和产物选择性影响
• 4.2 能量效率
• 4.3 等离子的活化作用
• 4.4 小结
• 第五章 结论和建议
• 5.1 主要结论
• 5.2 几点建议
• 参考文献
• 致谢
• 论文发表情况