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滑动弧放电等离子体重整甲烷制氢的研究

作　者: 钟犁
导　师: 严建华；李晓东
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: 滑动弧放电等离子体甲烷重整沼气催化协同截波旋转
分类号: TQ116.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

滑动弧放电是常温常压下的等离子体放电技术,它同时具有平衡性和非平衡性,其中前者保证了处理量,后者保证了化学反应效率。因此,将滑动弧放电应用于甲烷重整,具有良好的前景,但能耗有待降低。本文对滑动弧放电等离子体重整甲烷开展系统研究,重点考察各种氧化剂、气流流量、放电电压等参数对甲烷重整的影响,并且对催化协同滑动弧放电重整、交流截波滑动弧、旋转滑动弧等改进工艺进行探讨。研究结果表明,当二氧化碳作为氧化剂时,滑动弧放电重整具有比热力学平衡明显改善的试验效果,但能耗仍然偏高；当采用氧气重整模拟沼气时,氧气的加入不利于降低能耗；当采用氧气和水蒸汽重整甲烷时,加入少量水蒸气可以改善重整效果,而当氧气适当不足量时,能耗最低。提高放电电压,放电功率增大,可促进重整的进行。而随着流量的增加,能耗先减小后增大。采用催化协同滑动弧放电时,由于催化剂对甲烷的选择性部分氧化,可以有效促进甲烷、以及乙烯、乙炔的转化,显著降低能耗。采用交流截波滑动弧放电时,当截波成半波时,具有最低的能耗,但总体效果不显著。采用旋转滑动弧放电重整时,会在旋转电弧的基础上,由于乙炔、乙烯等的部分氧化而形成强烈的燃烧火焰,最终促进甲烷的转化和氢气的生成,而能耗则显著降低。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-27
  1.1 烃类重整制氢技术  14-19
    1.1.1 烃类水蒸汽重整制氢技术  14-15
    1.1.2 烃类部分氧化重整和自热重整制氢技术  15-16
    1.1.3 烃类自热重整制氢技术  16
    1.1.4 低温等离子重整制氢技术  16-19
      1.1.4.1 低温等离子体技术介绍  16-17
      1.1.4.2 电晕放电重整甲烷制氢  17-18
      1.1.4.3 介质阻挡放电重整甲烷制氢  18
      1.1.4.4 微波放电重整甲烷制氢  18-19
  1.2 滑动弧放电重整制氢技术  19-24
    1.2.1 滑动弧放电简介  19-21
    1.2.2 滑动弧放电物理特性  21
    1.2.3 滑动弧作用下CO_2重整甲烷  21-22
    1.2.4 滑动弧作用下空气重整甲烷  22-23
    1.2.5 滑动弧作用下水蒸汽重整甲烷  23-24
  1.3 实验研究内容  24-27
    1.3.1 研究目标  24-25
    1.3.2 主要研究内容  25-27
第二章实验方法和实验装置  27-39
  2.1 实验原料及实验仪器  27-28
    2.1.1 气体原料  27
    2.1.2 催化剂  27
    2.1.3 实验仪器  27-28
  2.2 实验装置和系统流程  28-32
    2.2.1 交流滑动弧放电物理特性研究的实验装置和系统流程  28-29
    2.2.2 滑动弧放电重整甲烷的实验装置和系统流程  29-30
    2.2.3 催化协同滑动弧放电重整甲烷的实验装置和系统流程  30-31
    2.2.4 旋转滑动弧放电重整甲烷的实验装置和系统流程  31-32
  2.3 反应产物的红外光谱分析和氢气浓度计算  32-37
    2.3.1 红外光谱定性分析  32-34
    2.3.2 红外光谱定量分析  34-36
    2.3.3 氢气浓度计算  36-37
  2.4 反应性能评价  37-39
第三章交流滑动弧放电等离子体物理特性研究  39-49
  3.1 交流滑动弧放电特性  39-41
  3.2 电压与弧长关系  41-44
  3.3 放电功率  44-46
  3.4 滑动弧热平衡分析  46-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章滑动弧放电重整甲烷的实验研究  49-68
  4.1 甲烷与二氧化碳重整反应的实验研究  49-54
    4.1.1 实验介绍及参数设定  49
    4.1.2 供给电压对反应的影响  49-50
    4.1.3 预热温度对反应的影响  50-51
    4.1.4 进气流量对反应的影响  51-53
    4.1.5 原料配比对反应的影响  53-54
  4.2 模拟沼气与空气、水蒸汽重整反应的实验研究  54-59
    4.2.1 实验介绍及参数设定  54
    4.2.2 供给电压和进气总流量对干燥沼气重整反应的影响  54-55
    4.2.3 空气浓度对沼气重整过程中放电功率的影响  55-56
    4.2.4 空气浓度以及水蒸汽对沼气重整反应的影响  56-58
    4.2.5 沼气重整的副产物分析  58-59
  4.3 甲烷与空气、水蒸汽重整反应的实验研究  59-63
    4.3.1 实验介绍及参数设定  59
    4.3.2 空气过量系数对甲烷重整反应的影响  59-60
    4.3.3 进气流量对甲烷重整反应的影响  60-61
    4.3.4 水蒸汽量对甲烷重整反应的影响  61-62
    4.3.5 重整的副产物分析  62-63
  4.4 反应机理探讨  63-66
    4.4.1 甲烷与二氧化碳反应的热力学分析  63-64
    4.4.2 滑动弧放电重整甲烷机理分析  64-66
  4.5 本章小结  66-68
第五章催化协同滑动弧放电重整甲烷的实验研究  68-74
  5.1 实验介绍和参数设定  68-69
  5.2 实验结果和讨论  69-72
    5.2.1 进气流量对催化协同滑动弧重整的影响  69-70
    5.2.2 空气以及水蒸汽对催化协同滑动弧重整的影响  70-71
    5.2.3 催化协同滑动弧重整的副产物及机理分析  71-72
  5.3 本章小结  72-74
第六章滑动弧放电装置改进的探索性研究  74-86
  6.1 交流截波滑动弧放电  74-78
    6.1.1 截波原理介绍  74-76
    6.1.2 交流截波滑动弧放电重整甲烷  76-78
  6.2 旋转滑动弧放电  78-84
    6.2.1 旋转滑动弧放电介绍  78-79
    6.2.2 旋转滑动弧放电重整参数设定及实验现象  79-81
    6.2.3 进气流量对旋转滑动弧放电重整的影响  81-82
    6.2.4 空气量对旋转滑动弧放电重整的影响  82-83
    6.2.5 旋转滑动弧放电重整的副产物分析和反应机理  83-84
  6.3 本章小结  84-86
第七章总结及展望  86-91
  7.1 结论  86-89
  7.2 创新点  89-90
  7.3 展望  90-91
全文参考文献  91-96
作者简历  96
攻读硕士期间发表论文  96
参与项目  96

滑动弧放电等离子体重整甲烷制氢的研究

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