乙醇介质阻挡放电转化研究

论文摘要

随着石油、煤等燃料的日益紧缺,环境污染问题的愈加严重,许多国家都开始探索代替石油的能源和技术。在各种新能源中,目前氢能源被认为最有可能进入实用领域。因而,开发低能耗、高效的氢气生产方法,已成为国内外众多科学家关注的问题。乙醇以其含氢量高、廉价、易储存、运输方便等优点而成为在液体燃料中生产氢能的最佳选择。非平衡等离子体的非平衡性使得很多常规条件下很难实现的化学反应可以直接高效转化。本文对乙醇介质阻挡放电转化进行了研究。在介质阻挡放电条件下,乙醇转化的气相产物主要为:H2、CO、CH4、C2不饱和烃、C2H6和C3H8;液相产物主要为乙醛、异丙醇、正丙醇、2-丁醇和水;另外还有炭黑的生成。通过对反应器参数、电源参数和工艺参数的考察,得出本实验的适宜条件为:放电间隙3.4mm、放电区长度105mm、介质壁厚2.6mm、输入功率40W,电源频率和水浴温度分别为18.8 kHz和50℃。通过对添加气的考察,得出:添加氮气、甲烷和乙烷均不利于乙醇转化;添加空气有利于乙醇转化,当添加空气体积含量为31.32%时,乙醇转化率为63.14%,氢气收率为12.84%。在用蠕动泵加入乙醇的流程中,考察了乙醇流量、汽化室温度和水醇比等对乙醇转化的影响。发现:1)随着乙醇流量的增大,乙醇转化率和氢气收率都有大幅度降低;2)汽化室温度对反应有较大影响,当汽化室温度为120℃时,乙醇转化率为34.28%;3)水与乙醇的摩尔比越大,乙醇转化率和氢气收率越大,当H2O/C2H5OH=7.72时,乙醇转化率和氢气收率分别为77.57%和24.61%;4)在25%乙醇溶液中加入氧气可以有效提高乙醇转化率,当氧气体积含量为13.3%时,乙醇转化率为88.37%;对液相产物的分析显示氧气的加入有利于醛类物质的生成,而不利于醇类物质的生成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 引言
• 1.1 等离子体的基本概念
• 1.2 等离子体的分类
• 1.3 介质阻挡放电等离子体概述
• 1.3.1 介质阻挡放电的定义及其结构
• 1.3.2 介质阻挡放电的基本原理
• 1.4 乙醇制氢的研究进展
• 1.4.1 乙醇催化制氢的研究进展
• 1.4.1.1 乙醇水蒸气重整制氢的研究进展
• 1.4.1.2 乙醇部分氧化制氢的研究进展
• 1.4.2 光催化乙醇制氢
• 1.4.3 膜催化重整制氢
• 1.4.4 低温等离子体重整乙醇制氢的研究进展
• 1.5 论文工作的提出及工作内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 反应器型式及尺寸
• 2.1.1 反应器型式
• 2.1.2 反应器尺寸
• 2.2 实验原料
• 2.3 实验仪器及型号
• 2.4 实验流程
• 2.5 检测方法
• 2.5.1 输入电压与输入电流的测定
• 2.5.2 放电电压、放电电流和放电频率的测定
• 2.5.3 气相产物的测定
• 2.5.4 液相产物的测定
• 2.6 计算公式
• 第三章 鼓泡法进料各参数的优化
• 3.1 氩气流速的影响
• 3.2 反应器参数的优化
• 3.2.1 电介质壁厚的影响
• 3.2.2 放电区长度的影响
• 3.2.3 放电间隙的影响
• 3.3 电源参数的影响
• 3.3.1 输入功率的影响
• 3.3.2 放电频率的影响
• 3.4 水浴温度的影响
• 3.5 小结
• 第四章 添加气对反应的影响
• 4.1 添加氮气的影响
• 4.2 添加甲烷的影响
• 4.3 添加乙烷的影响
• 4.4 添加空气的影响
• 4.5 小结
• 第五章 蠕动泵进料的研究
• 5.1 乙醇流量的影响
• 5.2 汽化室温度的影响
• 5.3 乙醇与水反应的考察
• 5.4 乙醇、水和氧气三者反应的考察
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文及科研情况
• 附录
• 致谢