介質(zhì)阻擋放電等離子體脫除沼氣中氧氣和硫化氫的實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：沼氣作為一種新型的可再生能源,經(jīng)純化后可用于車(chē)用燃?xì)?與使用傳統(tǒng)的化石燃料相比,可大大減少汽車(chē)尾氣中PM2.5的排放。沼氣純化過(guò)程主要包括脫氧、脫硫、脫碳(CO2)等過(guò)程,由于沼氣中氧氣和硫化氫濃度較低,采用傳統(tǒng)催化脫氧、化學(xué)吸收脫硫技術(shù)能耗大、成本高,且脫氧脫硫過(guò)程需分別進(jìn)行,為此,本文提出了利用介質(zhì)阻擋放電(DBD)等離子體新技術(shù)同時(shí)脫除含氧沼氣中的氧氣和硫化氫,主要研究?jī)?nèi)容及取得的成果和結(jié)論如下： (1)應(yīng)用DBD等離子體技術(shù),在自行設(shè)計(jì)的填充式介質(zhì)阻擋放電等離子體器內(nèi)進(jìn)行了沼氣(不含硫化氫)的脫氧實(shí)驗(yàn)研究。考察了放電能量密度、氧氣初始體積濃度和有無(wú)二氧化碳對(duì)脫氧效率、氣體產(chǎn)物和液體產(chǎn)物選擇性的影響。結(jié)果表明：DBD等離子體脫氧產(chǎn)物主要為可燃性氣體和液體；放電能量密度越大,越有利于氧氣的脫除和可燃液體的產(chǎn)生；隨著氧氣初始體積濃度的增大,脫除的氧氣和轉(zhuǎn)化的二氧化碳和甲烷可生成更多的可燃液體；當(dāng)放電能量密度大于21kJ/L時(shí),有無(wú)二氧化碳對(duì)DBD等離子體脫氧的效果影響小,氧氣體積濃度均能低于0.5%,達(dá)到國(guó)家車(chē)用天然氣的氧氣含量標(biāo)準(zhǔn)。 (2)應(yīng)用DBD等離子體技術(shù),在填充式介質(zhì)阻擋放電等離子體器內(nèi)進(jìn)行了含氧沼氣的脫硫和脫氧實(shí)驗(yàn)研究,考察了放電能量密度、硫化氫初始體積濃度、停留時(shí)間以及氧氣初始體積濃度對(duì)硫化氫脫除效果的影響,并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了初步分析。結(jié)果表明：DBD等離子體技術(shù)能有效脫除含氧沼氣中硫化氫氣體,主要產(chǎn)物為二氧化硫和少量固體硫粉；脫硫效率隨放電能量密度、停留時(shí)間和氧氣初始體積濃度的增大而提高,隨硫化氫初始體積濃度的增加而下降；當(dāng)放電能量密度大于24.1kJ/L時(shí),硫化氫氣體可完全脫除,且氧氣體積濃度也可脫除到低于0.5%,達(dá)到了國(guó)家車(chē)用天然氣標(biāo)準(zhǔn)的硫化氫和氧氣含量標(biāo)準(zhǔn)。 (3)建立了DBD等離子體脫除含氧沼氣中硫化氫的動(dòng)力學(xué)模型,考察了硫化氫初始體積濃度對(duì)DBD等離子體反應(yīng)器內(nèi)脫硫速率常數(shù)的影響。結(jié)果表明：硫化氫進(jìn)口濃度越大,反應(yīng)速率常數(shù)越大,越有利于硫化氫的脫除,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。 【關(guān)鍵詞】：介質(zhì)阻擋放電 等離子體 脫氧 脫硫 沼氣
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TQ221.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 前言11-12
• 1.2 脫氧概述12-15
• 1.2.1 脫氧機(jī)理13-14
• 1.2.2 脫氧劑的類(lèi)型14-15
• 1.3 沼氣脫硫15-18
• 1.3.1 干法脫硫15-16
• 1.3.2 濕法脫硫16-18
• 1.3.3 生物脫硫18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 第二章 介質(zhì)阻擋放電等離子體基本理論19-35
• 2.1 等離子體概述19-20
• 2.1.1 等離子體概念19
• 2.1.2 等離子體分類(lèi)19-20
• 2.2 介質(zhì)阻擋放電等離子體理論基礎(chǔ)20-31
• 2.2.1 介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器21-22
• 2.2.2 介質(zhì)阻擋放電的物理過(guò)程22-23
• 2.2.3 介質(zhì)阻擋放電的特性23
• 2.2.4 介質(zhì)阻擋放電的主要物理參量23-31
• 2.3 介質(zhì)阻擋放電等離子體的研究現(xiàn)狀31-34
• 2.3.1 介質(zhì)阻擋放電等離子體處理氣體污染物的研究現(xiàn)狀32-33
• 2.3.2 介質(zhì)阻擋放電等離子體在溫室氣體轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用33-34
• 2.3.3 介質(zhì)阻擋放電等離子體合成臭氧的應(yīng)用34
• 2.4 本文的研究意義和主要研究?jī)?nèi)容34-35
• 第三章 實(shí)驗(yàn)部分35-43
• 3.1 實(shí)驗(yàn)藥品及裝置儀器35-36
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品35
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器35-36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)流程36-41
• 3.2.1 配氣系統(tǒng)36-37
• 3.2.2 高壓電源系統(tǒng)37-38
• 3.2.3 DBD等離子體反應(yīng)器38
• 3.2.4 分析檢測(cè)系統(tǒng)38-41
• 3.3 脫氧電參數(shù)和工藝參數(shù)41-42
• 3.4 脫硫電參數(shù)和工藝參數(shù)42-43
• 第四章 DBD等離子體脫除沼氣中氧氣的實(shí)驗(yàn)研究43-54
• 4.1 產(chǎn)物分析43-44
• 4.2 放電能量密度的影響44-47
• 4.2.1 放電能量密度對(duì)等離子體反應(yīng)器出口氣體體積濃度的影響45-46
• 4.2.2 放電能量密度對(duì)氣體產(chǎn)物H_2和CO選擇性的影響46-47
• 4.3 氧氣初始體積濃度的影響47-50
• 4.3.1 氧氣初始體積濃度對(duì)沼氣各組分氣體的影響48-49
• 4.3.2 氧氣初始體積濃度對(duì)氣體產(chǎn)物H_2和CO選擇性的影響49-50
• 4.4 二氧化碳的影響50-52
• 4.4.1 有無(wú)二氧化碳對(duì)沼氣中各組分氣體的影響50-51
• 4.4.2 有無(wú)二氧化碳對(duì)氣體產(chǎn)物CO(CO_2)和H_2選擇性的影響51-52
• 4.5 小結(jié)52-54
• 第五章 DBD等離子體脫除含氧沼氣中硫化氫的實(shí)驗(yàn)研究54-59
• 5.1 放電能量密度對(duì)脫硫的影響54-55
• 5.2 硫化氫初始體積濃度對(duì)脫硫的影響55-56
• 5.3 停留時(shí)間對(duì)脫硫的影響56-57
• 5.4 氧氣初始體積濃度對(duì)脫硫的影響57
• 5.5 產(chǎn)物分析57-58
• 5.6 總結(jié)58-59
• 第六章 DBD等離子體脫除含氧沼氣硫化氫的動(dòng)力學(xué)研究59-63
• 6.1 物料衡算59
• 6.2 DBD等離子體反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的簡(jiǎn)化模型59-62
• 6.2.1 沒(méi)有明顯的自由基終止反應(yīng)60-61
• 6.2.2 自由基終止反應(yīng)為主61-62
• 6.3 小結(jié)62-63
• 第七章 總結(jié)與展望63-65
• 7.1 總結(jié)63-64
• 7.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文74

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