冷等離子體裂解甲烷制C_2烴的實驗研究及動力學模擬

【摘要】：本論文著重探討冷等離子體裂解甲烷制C2烴反應(yīng)的動力學過程。根據(jù)射頻放電和介質(zhì)阻擋放電特點,分別對其中甲烷的裂解過程建立動力學模型,得到裂解反應(yīng)速率常數(shù),并對描述反應(yīng)進程的動力學方程組進行了數(shù)值模擬。由于所得方程組剛性極強,采用吉爾法(Gear method)計算難以收斂,故在計算中采用了一種十分有效的小參數(shù)數(shù)值計算法編寫出程序。在此基礎(chǔ)上,在不同壓強、電子密度及電子溫度或放電電壓下,模擬了冷等離子體裂解甲烷制C2烴的過程,獲得甲烷的轉(zhuǎn)化率及各種產(chǎn)物質(zhì)量收率隨氣體壓強、電子密度、電子溫度或放電電壓的變化曲線。模擬結(jié)果與實驗結(jié)果表現(xiàn)出較好的一致性。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,進行了動力學分析,給出了生成主要產(chǎn)物的反應(yīng)方程。 全文主要分為實驗研究和理論研究兩個部分。在實驗研究中,建立了射頻等離子體裂解甲烷制C2烴的實驗裝置,并考查了輸入功率、工作壓強及氬氣分壓對反應(yīng)的影響。結(jié)果表明:輸入功率越高、氣體壓強越低,甲烷的轉(zhuǎn)化率及C2烴的收率越高;當輸入功率96W、氣體壓強200Pa時,得到甲烷的最大轉(zhuǎn)化率51.05%,乙烷、乙烯和乙炔的收率分別是36.42%、4.27%和5.95%。在介質(zhì)阻擋放電實驗中,當放電電壓為28kV時,甲烷的最大轉(zhuǎn)化率達19%,乙烷、乙烯和乙炔的收率分別為11.4﹪、2.3﹪、3.8﹪。 在理論研究中,根據(jù)反應(yīng)體系的不同,推導(dǎo)了裂解反應(yīng)的速率常數(shù)。對于射頻放電冷等離子體,應(yīng)用碰撞理論和玻爾茲曼分布推導(dǎo)了裂解反應(yīng)的速率常 WP=3 數(shù)隨電子溫度變化的計算公式;對于介質(zhì)阻擋放電冷等離子體,運用電子自由程概念及自由程分配原理,推導(dǎo)了裂解反應(yīng)的速率常數(shù)隨電壓變化的計算公式。進而,在自由基反應(yīng)機理的基礎(chǔ)上,分別建立了射頻冷等離子體及介質(zhì)阻擋放電冷等離子體下的甲烷轉(zhuǎn)化動力學模型。動力學模擬結(jié)果表明: 在不同的壓強下,甲烷的轉(zhuǎn)化率及C2烴的收率均隨電子密度或電子溫度(或放電電壓)的升高而不同程度的增加。在相同的低壓強下,當電子溫度或密度較低時,甲烷的轉(zhuǎn)化率較低,平衡時間較短,平衡的主要產(chǎn)物是乙烷;當電子溫度或密度較高時,甲烷的轉(zhuǎn)化率較高,平衡時間較長,而且產(chǎn)物的選擇性發(fā)生改變,平衡的主要產(chǎn)物變成乙炔和乙烷。當電子密度和溫度一定時,氣體的壓強越低,甲烷的轉(zhuǎn)化率及C2烴的收率越高。 模擬結(jié)果與實驗結(jié)果表現(xiàn)出較好的一致性,將二者相結(jié)合,進行了甲烷轉(zhuǎn)化的動力學分析,給出了生成主要產(chǎn)物的反應(yīng)方程。動力學分析表明:冷等離子體條件下甲烷的裂解主要是通過電子碰撞實現(xiàn),乙炔、乙烯的生成在整個反應(yīng)階段主要是通過自由基的轉(zhuǎn)移實現(xiàn),而乙烷先是主要由自由基轉(zhuǎn)移和化合共存,到了反應(yīng)的后期才是以由自由基的轉(zhuǎn)移為主要的生成方式。而且,無論是甲烷的轉(zhuǎn)化還是每個C2烴的生成都涉及到多個主要的自由基反應(yīng),表明反應(yīng)的過程相當復(fù)雜。 論文研究表明:冷等離子體裂解甲烷制C2烴在實驗和理論上都是可行的,改變反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)或操作條件可以改變C2烴產(chǎn)物的分布;而且,該方法將成為甲烷脫氫偶聯(lián)制C2烴的一個重要研究方向。 【關(guān)鍵詞】：冷等離子體 甲烷 動力學 C2烴 射頻放電 介質(zhì)阻擋放電
【學位授予單位】：四川大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：O621.2;O643.1
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 前言9-11
• 第一章 等離子體轉(zhuǎn)化甲烷的研究概況11-22
• 1.1 等離子體在甲烷轉(zhuǎn)化上的應(yīng)用11-18
• 1.1.1 熱等離子體轉(zhuǎn)化甲烷11-13
• 1.1.1.1 電弧法11-12
• 1.1.1.2 等離子體射流法12-13
• 1.1.2 冷等離子體轉(zhuǎn)化甲烷13-18
• 1.1.2.1 輝光放電13-14
• 1.1.2.2 電暈放電14-15
• 1.1.2.3 流光放電15
• 1.1.2.4 微波放電15-16
• 1.1.2.5 射頻放電16-17
• 1.1.2.6 介質(zhì)阻擋放電17-18
• 1.2 冷等離子體轉(zhuǎn)化甲烷的動力學研究18-21
• 1.2.1 自由基反應(yīng)機理18-19
• 1.2.2 反應(yīng)動力學19-21
• 1.2.2.1 宏觀動力學研究19-20
• 1.2.2.2 微觀動力學研究20-21
• 1.3 本章小結(jié)21-22
• 第二章 實驗研究22-31
• 2.1 電感式射頻輝光放電等離子體裂解甲烷實驗22-27
• 2.1.1 實驗裝置及流程22-23
• 2.1.2 原料23
• 2.1.3 氣體分析23-24
• 2.1.4 數(shù)據(jù)處理24-25
• 2.1.5 實驗結(jié)果及討論25-27
• 2.1.5.1 輸入功率25
• 2.1.5.2 氣體壓強25-26
• 2.1.5.3 氬氣分壓26-27
• 2.2 介質(zhì)阻擋放電裂解甲烷實驗27-29
• 2.2.1 實驗裝置28
• 2.2.2 實驗結(jié)果及討論28-29
• 2.3 產(chǎn)物的分離29
• 2.4 兩種放電條件下的實驗結(jié)果比較29-31
• 第三章 冷等離子體裂解甲烷制C2烴的動力學模擬及分析31-56
• 3.1 射頻輝光放電裂解甲烷制C2烴的動力學模擬及分析31-46
• 3.1.1 射頻輝光放電中甲烷的裂解速率常數(shù)31-34
• 3.1.2 自由基反應(yīng)及動力學模型34-39
• 3.1.3 計算結(jié)果39
• 3.1.4 結(jié)果討論39-43
• 3.1.5 動力學分析43-46
• 3.2 介質(zhì)阻擋放電裂解甲烷制C2烴的動力學模擬及分析46-56
• 3.2.1 裂解反應(yīng)速率常數(shù)46-50
• 3.2.1.1 自由行程的分配47-48
• 3.2.1.2 放電間隙的電場強度48
• 3.2.1.3 速率常數(shù)48-50
• 3.2.2 計算結(jié)果50-52
• 3.2.3 結(jié)果討論52
• 3.2.4 動力學分析52-56
• 第四章 結(jié)論56-58
• 參考文獻58-62
• 聲明62-63
• 致謝63

您可以在本站搜索以下學術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容

冷等離子體炬在甲烷二氧化碳重整制合成氣中的運用    龍華麗

乙醇輝光放電等離子體電解制氫及動力學模擬    伍沛亮

微波誘導(dǎo)甲烷在活性炭/碳化硅上直接轉(zhuǎn)化制C_2烴    張勁松,曹麗華,楊永進

乙烯裝置深冷分離系統(tǒng)的優(yōu)化和改進    吳興松,王振維

交流非平衡等離子體裂解甲烷制C_2烴    印永祥,戴曉雁,張澤敏,溫才文

非平衡等離子體條件下甲烷脫氫偶聯(lián)反應(yīng)    劉萬楹，雷正蘭

低溫等離子體應(yīng)用于甲烷的直接轉(zhuǎn)化    朱愛民,師華,宮為民,張報安,阮桂色

氧對非平衡等離子體甲烷脫氫偶聯(lián)反應(yīng)的影響    雷正蘭,陳棟梁,劉萬楹

Coupling of methane under pulse corona plasma (Ⅰ)——In the absence of oxygen    朱愛民,宮為民,張秀玲,張報安

介質(zhì)阻擋放電等離子體催化天然氣偶聯(lián)制C_2烴    王保偉,許根慧

天然氣制乙炔可行性探討    陳立春,蔡春艷,周賢洪

天然氣制C_2烴新工藝    夏滿銀,崔錦華,許根慧

熱等離子體裂解天然氣制納米炭黑和乙炔的機理研究    羅義文

低溫等離子體在CF/樹脂基復(fù)合材料中的應(yīng)用    彭靜,張軍,蹇錫高,顧彪

射頻濺射法鍍LD腔面光學薄膜的工藝研究    鄒德恕,徐晨,魯鵬程,杜金玉,崔碧峰,舒雄文,劉瑩,沈光地

離子鍍光學薄膜的等離子體物理過程    楊國偉

高頻輝光放電等離子體系統(tǒng)中自負偏壓現(xiàn)象的數(shù)學解析    楊國偉

粒狀電介質(zhì)形態(tài)對介質(zhì)阻擋放電特性的影響    陳珂;梁亞紅;竹濤;

少量氬氣對等離子體處理滌綸噴墨印花的影響    張春明;房寬峻;沈安京;張永燁;

等離子體法去除HCHO的實驗研究    李堅;薛紅弟;梁文俊;李潔;金毓奎;李依麗;

低溫等離子體凈化甲醛氣體的實驗研究    竹濤;李堅;梁文俊;金毓峑;

等離子體處理對非晶態(tài)合金鍍層表面改性研究    朱立群,鐘群鵬,杉山和夫

共面型介質(zhì)阻擋放電的擊穿特性    歐陽吉庭;曹菁;何鋒;

采用PIC法SF_6/N_2混合氣體中絕緣子沿面放電特性仿真    張憲標;汪沨;樂孟常;戴濤;

RF-PECVD聚合類聚乙烯氧(PEO-like)薄膜的蛋白質(zhì)吸附性研究    胡文娟;謝芬艷;付亞波;陳強;翁靜;

等離子體聚合胺基功能薄膜及其細胞吸附性研究    謝芬艷;胡文娟;翁靜;陳強;

等離子體降解磷酸三丁酯動力學分析    王心亮;賈臻;肖國林;

低溫等離子體在聚合物材料中的應(yīng)用    王德禧;

一種新型的除臭技術(shù)——非平衡等離子體    阮建軍;施耀;

電除塵器電場數(shù)值計算與性能預(yù)測的實驗研究    黨小慶;任燕;馬廣大;閆東杰;翟瑛;李東陽;

板狀電介質(zhì)對阻擋放電的影響分析    陳珂;梁亞紅;

統(tǒng)計過程控制在充氣開關(guān)管生產(chǎn)中的應(yīng)用    尚紹環(huán);

不同填充物的紫外燈與環(huán)境溫度的實驗對比與分析    杜鵬;許明明;

介質(zhì)阻擋放電降解甲基紫廢水及尾氣中NO_x的光譜分析及機理研究    王興權(quán)

電暈放電與光催化協(xié)同凈化室內(nèi)空氣研究    黃麗萍

雷電沖擊電壓下兩相體放電特性研究    鄧鶴鳴

常壓等離子體處理滌綸織物的顏料噴墨印花性能研究    張春明

新型橫向極板電除塵器研究    依成武

低溫等離子體催化氧化甲烷合成甲醇的應(yīng)用基礎(chǔ)研究    陳琳

脈沖放電電凝并結(jié)合堿液吸收煙氣多種污染物協(xié)同脫除研究    徐飛

等離子體與CuO/TiO_2/γ-Al_2O_3催化體系協(xié)同脫除NO研究    李惠娟

常壓等離子體聚合共軛聚合物熒光納米顆粒的研究    楊平

折疊型雙脈沖—長脈沖調(diào)制器及其激光觸發(fā)技術(shù)研究    殷毅

空氣電離生成氣對黃瓜儲藏品質(zhì)影響的研究    王茜

輝光放電觸發(fā)贗火花開關(guān)特性研究    秦風

微弧氧化制備功能性陶瓷膜的研究    孫海燕

DBD等離子體導(dǎo)電特性研究    郭艷花

液體電極沿面放電等離子體滅活大腸桿菌的研究    王天威

DBD等離子體降解活性炭吸附的五氯酚及再生活性炭研究    汪星星

常壓射頻容性放電氬等離子體中活性氣體對放電特性的影響    武啟

介質(zhì)阻擋放電用高頻高壓電源的研制    王友旭

線筒式脈沖電暈放電對混合VOCs降解的研究    那剛

等離子體改性聚乙烯浸潤性的老化過程研究    郝寅虎

低溫等離子體放電的數(shù)值模型    胡慶;蒙林;鄢陽;高榮;袁家德;

Ni/γ-Al_2O_3催化劑上CH_4-CO_2重整體系中積碳消碳的研究    許崢,張鎏,張繼炎

天然氣-二氧化碳-水蒸氣-氧轉(zhuǎn)化制合成氣的研究——稀土助劑的作用    史克英,徐恒泳,張桂玲,王玉忠,徐國林,韋永德

Study on the Methane Coupling under Pulse Corona Plasma by Using CO_2 as Oxidant    代斌,張秀玲,宮為民,何仁

Degradation of α-Naphthol by Plasma in Aqueous Solution    高錦章,胡中愛,王曉艷,侯經(jīng)國,盧小泉,康敬萬

A Review on Chemical Effects in Aqueous Solution induced by Plasma with Glow Discharge    高錦章,王曉艷,胡中愛,侯經(jīng)國,陸泉芳

燃料電池的氫源技術(shù)——乙醇重整制氫研究進展    孫杰,吳鋒,邱新平,王國慶,朱文濤,陳實,陳立泉

介質(zhì)阻擋放電擊穿過程的研究    徐學基,揭亞雄

堿性助劑的添加對Ni/CaO-Al_2O_3催化劑性能的影響    傅利勇,呂紹潔,謝衛(wèi)國,邱發(fā)禮

載體對擔載Ni催化劑甲烷與二氧化碳重整反應(yīng)活性的影響    索掌懷,金明善,徐秀峰,安立敦

等離子體熱解煤制乙炔及熱力學和動力學分析    呂永康

電暈放電甲醇分解制氫及其模擬研究    李慧青

低溫等離子體凈化汽車尾氣動力學模型研究    陳松玲

低溫等離子體技術(shù)在水溶液化學中的應(yīng)用    李巖

大氣壓反常輝光放電下CH_4/CO_2制合成氣的數(shù)值模擬分析    代偉

基于活性炭的CO_2微波重整CH_4制合成氣的實驗研究    李中慶

微波誘導(dǎo)甲烷在活性炭/碳化硅上直接轉(zhuǎn)化制C_2烴    張勁松,曹麗華,楊永進

用低溫等離子體技術(shù)降解三氟溴甲烷(哈隆1301)    于勇,李暉,張振滿,董文博,卞麥英,侯惠奇

二氧化碳和天然氣經(jīng)過微波等離子體直接轉(zhuǎn)化成C_2烴    陳棟梁,雷正蘭,劉萬楹,張承聰,洪品杰,戴樹珊

電場增強低溫等離子催化合成C_2烴    王保偉,許根慧,孫洪偉

脈沖供能集煙氣除塵和脫硫脫硝為一體的機理    李謙，寧成，周文俊，李勁

低溫等離子體技術(shù)在三廢處理中的應(yīng)用與研究    孫亞兵,任兆杏,何于江

電暈等離子體活化法脫硫脫硝的研究進展    劉書海;吳彥;王寧會;王榮毅;

DBD降解CF_2ClBr過程中自由基與電子能量    王淑惠,劉正超,侯健,于勇,潘循皙,侯惠奇

等離子體煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀與關(guān)鍵問題討論    劉書海

CF_2ClBr的火花等離子體降解    劉正超，張振滿，侯健，侯惠奇，潘循皙，董文博，周祖銘，李長林

冷等離子體裂解甲烷制C_2烴動力學分析及模擬    何方方,李娟,印永祥,戴曉雁

甲烷在氫氣助解下的脫氫偶聯(lián)研究    陳棟梁,白宇新,王真,畢先鈞,洪品杰,戴樹珊

Mn-CaO催化劑上甲烷二氧化碳共活化制C_2烴研究Ⅰ.反應(yīng)性能的研究    蔡迎春,丑凌軍,張兵,趙軍,李樹本

冷等離子體BaO/γ-Al_2O_3共活化CO_2氧化CH_4制C_2烴反應(yīng)研究    韓瑞萍,張秀玲,李學慧,王靜,宮為民

甲烷-二氧化碳制C_2烴研究進展    蔡迎春,丑凌軍,李樹本

脈沖電暈放電下的甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)(英文)    馮連松,姜玄珍

低溫等離子體應(yīng)用于甲烷的直接轉(zhuǎn)化    朱愛民,師華,宮為民,張報安,阮桂色

冷等離子體作用下CH_4-CO_2轉(zhuǎn)化制合成氣    李明偉,劉昌俊,許根慧

氣敏半導(dǎo)體材料催化性能的研究    

用甲烷制造金剛石的嘗試    琦;

介質(zhì)阻擋放電條件下甲烷部分氧化制甲醇的研究    張安杰;朱愛民;李小松;石川;

復(fù)合儲氣材料對氫、甲烷混和氣體的儲放氣研究    孫艷;周亞平;周理;

甲烷芳構(gòu)化反應(yīng)中Mo/MCM-22和Mo/ZSM-5催化劑的比較    白杰;劉盛林;謝素娟;徐龍伢;林勵吾;

超臨界干燥對La_(0.8)Sr_(0.2)FeMn_(1.5)Al_(9.5)O_(19-δ)六鋁酸鹽性能的影響    張涯遠;蔣政;張世超;朱慶山;

甲烷部分氧化制合成氣Co/MgO/HZSM-5催化劑的研究    張諾偉;黃傳敬;高曉曉;翁維正;萬惠霖;

Ca調(diào)變的Co／Al_2O_3催化劑上甲烷部分氧化制合成氣    高曉曉;黃傳敬;張諾偉;翁維正;萬惠霖;

Ni-Co-La-O催化劑上CH_4化學氣相沉積法制備多壁碳納米管    陳龍;王健康;解啟慧;王曉來;

Ni/ZrO_2催化劑上甲烷部分氧化制合成氣的研究    宋月芹;賀德華;

兩相UASB反應(yīng)器處理木薯淀粉廢水的啟動運行特性研究    冼萍;潘正現(xiàn);鐘莉瑩;

檸檬酸法制備Ce_(1-x)Mn_xO_(2-a)固溶體催化劑甲烷催化燃燒的研究    劉長春;於俊杰;陶炎鑫;蔣政;郝鄭平;

35億年前微生物就能造甲烷    記者　 陳超

日本利用海藻進行甲烷發(fā)電和廢熱供暖系統(tǒng)實驗    新洲

歐美發(fā)現(xiàn)目前火星生命重要證據(jù)    王俊鳴

“卡西尼”在土衛(wèi)六上看見“疑似湖泊”    記者 陳勇

南工大開發(fā)高效菌種讓糞便轉(zhuǎn)化成甲烷    解悅

有雨有河，士衛(wèi)六酷似地球40億年前    記者 楊駿

北極甲烷面臨解凍危險    呂靜 王平才

深海甲烷遇暖破冰升空污染大氣    辛 力

甲烷:氣候變化的引爆器    本報記者 黃永明

地幔中可產(chǎn)生甲烷    記者 曹麗君

Ni、NiH～+、NiO和MgO等活化甲烷的理論研究    楊華清

微波技術(shù)在甲烷轉(zhuǎn)化過程中的應(yīng)用    徐云鵬

超冷等離子體中原子過程的理論研究    趙益清

等離子體轉(zhuǎn)化甲烷之實驗與密度泛函理論研究    王建國

冷等離子體處理制備催化劑研究    張月萍

組合多相催化技術(shù)及其在甲烷與小分子化合物耦合反應(yīng)中的應(yīng)用    王華

甲烷低溫燃燒反應(yīng)分子篩負載Pd催化劑    史春開

焦爐煤氣中氫氣和甲烷的吸附分離    劉艷娜

擔載型分子篩催化劑上CH_4選擇還原NO反應(yīng)的研究    任麗麗

甲烷在常壓和高壓下溶解度的測定與計算    夏淑倩

冷等離子體裂解甲烷制C_2烴的實驗研究及動力學模擬    何方方

大氣壓反常輝光放電下CO_2重整CH_4制合成氣的實驗研究    陳琦

低溫非平衡甲烷等離子體發(fā)射光譜診斷    羅利霞

CH_4-CO_2低溫轉(zhuǎn)化合成含氧有機物的研究    王曉紅

甲烷在甲醇和烴類混合溶劑中高壓溶解度的研究    郭玉高

改性尿素對農(nóng)田溫室氣體排放的影響    荊瑞勇

納米銅錫氧化物的制備及催化性能的表征    賈超

天然氣（CH_4）催化燃燒催化劑的研究    閆智慧

金屬負載的HZSM-5上甲烷和丙烷無氧芳構(gòu)化反應(yīng)研究    宣東

折流板反應(yīng)器厭氧處理住宅小區(qū)生活污水試驗性研究    黎展毅