热等离子体重整甲烷和二氧化碳制合成气的热力学研究

常压下利用4kW的直流电弧等离子体装置,进行了甲烷和二氧化碳在氮气等离子体射流作用下重整制备合成气的实验研究。利用氮气作为放电气体产生等离子射流,甲烷和二氧化碳作为反应气体垂直送入此高温射流中,考察了甲烷与二氧化碳配比、进气流量和输入功率对原料转化率、化学能效及热值产率的影响。结果表明:热等离子体重整甲烷和二氧化碳制合成气具有处理量大、甲烷和二氧化碳转化率高、化学能效和热值产率高的特点。     

热等离子体和催化剂协同作用重整甲烷和二氧化碳制备合成气

在常压下,利用15kW的实验室装置,以氮气为工作气体,进行了等离子体与催化剂协同作用下甲烷和二氧化碳重整制备合成气的实验。实验着重考察进料气V(CH4)/V(CO2)为4:6、氮气流量1.7m3/h、放电功率9.6kW条件下,原料气总流量变化对反应转化率、产物选择性及能量效率的影响。结果表明:随原料气总流量的增加,反应物转化率逐渐降低,产物选择性基本不变。在等离子体与催化剂协同作用下,反应物转化率、产物选择性及能量产率都比单独的等离子体作用提高大约15%~20%。尤其是能量产率比先前的文献报道值高出150%。热等离子体与催化剂协同作用重整反应处理量大、能量产率高,有较好的应用前景。     

等离子体射流裂解天然气制乙炔的实验

利用250 kW的中试装置，进行了常压下将天然气在氮等离子体射流中的裂解并转化为乙炔的实验。研究目的是考察输入功率、甲烷流量和反应器结构对反应转化率、选择性的影响。结果表明：天然气在氮热等离子体中热解反应强烈，其转化率主要由输入功率和甲烷流量决定，产品的选择性亦即乙炔的收率与反应器的结构密切相关。例如，在等离子体输入功率100 kW，甲烷进量10 m³/h条件下，选择适当长度的反应器，甲烷转化率可达到97%，乙炔收率可达到90%。分析表明，较高的乙炔选择性是由于减少了乙炔在反应器中的停留时间，从而避免了乙炔进一步的热裂解所致。     

反常辉光放电下CH4-CO2转化制合成气

在常压下，利用一种新型的反常辉光放电反应器，使CO₂重整CH₄制取合成气。实验表明，反应体系输入功率、原料气配比和流量等对反应结果有着较大影响。在常压下，当输入功率为437 W、n(CH₄)∶n(CO₂)＝4∶6及流量为140 mL/min时，CH₄和CO₂的转化率分别高达91.9％和83.2％，并且CO和H₂的选择性分别为82.4％和62.1％。通过调配原料的配比，可以得到不同n(H₂)∶n(CO)比值的合成气。     

甲烷二氧化碳重整工艺研究及经济性分析

甲烷二氧化碳重整以天然气和二氧化碳为原料,可有效实现二氧化碳的减排,具有良好的经济和社会意义。分别对甲烷二氧化碳重整、甲烷二氧化碳自热重整及三重整工艺进行了模拟计算与工艺研究。结果表明:(1)温度升高、n(CO_2)/n(CH_4)配比增加,甲烷转化率提高;(2)同样温度下,n(CO_2)/n(CH_4)配比增加,产品气中n(H_2)/n(CO)配比下降;(3)对自热重整和三重整工艺来说,进料配比对原料转化率、n(H_2)/n(CO)、反应体系积炭量以及热耦合有较大的影响;(4)在适当的进料配比下,反应体系可实现积炭量为零且系统自热,其中甲烷二氧化碳自热重整工艺较优的进料配比为n(CH_4)/n(CO_2)/n(O_2)=1:0.9:0.6,甲烷三重整工艺较优的进料配比为n(CH_4)/n(CO_2)/n(H_2O)/n(O_2)=1:0.4:0.9:0.6;(5)三种工艺的能耗大小依次为甲烷二氧化碳自热重整<甲烷三重整<甲烷二氧化碳重整,基于单位体积合成气的能耗比值为0.93:0.97:1。     

甲烷和氮气在微波等离子体下的转化研究

运用微波等离子体技术研究了甲烷和氮气的化学反应。考察了反应条件对产物选择性和甲烷转化率的影响。甲烷转化率随着微波输入功率的增大和反应物配比 (n(CH4) /n(N2 ) )的减小而增大 ;在最佳条件下 ,甲烷转化率达96 2 %。HCN选择性随着n(CH4) /n(N2 )比的增大而降低 ;在n(CH4) /n(N2 ) <0 995时 ,HCN为主产物 ,且HCN的选择性随微波输入功率的增大而减小 ,在最佳条件下 ,HCN选择性达 91 4% ;在n(CH4) /n(N2 ) >0 995时 ,C2 H2 为主产物 ,然而HCN选择性随着微波输入功率的增大而增加。C2 H2 选择性随着微波输入功率的增大而增加 ,随着n(CH4) /n(N2 )的增大出现极大值 ;在最佳条件下 ,C2 H2 选择性达 72 77%。C2 H2 和C2 H6 的选择性随着微波输入功率的减小和n(CH4) /n(N2 )的增大而增加。对甲烷、氮气等离子体的电子温度和电子密度进行了诊断 ,并运用自由基反应理论解释了反应条件对甲烷转化率和产物选择性的影响。     

甲烷等离子体裂解制氢制碳的影响因素研究

甲烷(CH₄)等离子体裂解是一种很有前景的制氢方法。采用针-针式纳秒脉冲火花放电方法研究了放电功率、CH₄含量、CH₄流量、反应温度以及不同背景气氛等对CH₄转化和产物分布的影响，并采用TEM与Raman方法对产物纳米碳的形貌和结构进行表征分析。结果表明：CH₄放电裂解产物主要是氢气(H₂)、纳米碳(C)和乙炔(C₂H₂),另有少量的乙烷(C₂H₆)和乙烯(C₂H₄)生成；在30 mL/min的CH₄/Ar总气体流量和10%的CH₄初始体积分数下，输入60 W功率时实现了CH₄转化率83.56%和H₂选择性70.28%。放电功率的增大有助于CH₄的完全裂解，促进H₂和C的生成；而随着CH_...     

等离子体协同Co/ZSM-5催化CO2加氢制低碳烃

采用浸渍法制备了负载型Co基催化剂,并在介质阻挡放电低温等离子体反应器中研究了其对CO₂加氢转化生成低碳烃反应的催化性能,考察了载体、Co负载量,以及催化助剂对催化剂性能的影响,探讨了催化剂活性相、等离子体与催化剂的协同作用机理,分析了在等离子体体系中CO₂加氢制低碳烃可能的反应路径。结果表明,在介质阻挡放电反应器中,等离子体与Co基催化剂具有显著协同作用,在常压、低温下,CO₂加氢可生成一定量的C₂~C₄低碳烃。以Co质量分数为15%的Co/ZSM-5为催化剂时,CO₂转化率达45.0%;C₂~C₄选择性为13.7%。催化助剂Ni的加入可以进一步提高CO2的转化率和C2~C4的选择性。当Ni-Co/ZSM-5催化剂中m(Co)/m(Ni)为4∶1时,C₂~C₄转化率达52.3%,C₂~C₄选择性达17.9%。     

二氧化碳甲烷化反应中等离子体与Ni/ZSM-5催化剂的协同作用

在介质阻挡放电等离子体反应器中研究了等离子体对Ni/ZSM-5催化剂催化CO_2甲烷化反应的促进作用,采用XRD和低温N_2吸附-脱附对Ni/ZSM-5催化剂进行了表征,考察了催化剂原位还原条件和反应条件对催化剂性质和反应性能的影响。实验结果表明,采用氢等离子体法可将催化剂前体转化为高分散、高活性的Ni/ZSM-5催化剂,等离子体还原时存在一个最佳输入功率。催化剂与等离子体具有显著的协同作用,在输入功率为33.3 W、原料气n(H)∶n(C)=5、气态空速为3 600 h~(-1)的条件下,CO_2转化率可达98%,甲烷选择性接近100%。     

二氧化碳甲烷化反应中等离子体与Ni/ZSM-5催化剂的协同作用北大核心CSCD

在介质阻挡放电等离子体反应器中研究了等离子体对Ni/ZSM-5催化剂催化CO_2甲烷化反应的促进作用,采用XRD和低温N_2吸附-脱附对Ni/ZSM-5催化剂进行了表征,考察了催化剂原位还原条件和反应条件对催化剂性质和反应性能的影响。实验结果表明,采用氢等离子体法可将催化剂前体转化为高分散、高活性的Ni/ZSM-5催化剂,等离子体还原时存在一个最佳输入功率。催化剂与等离子体具有显著的协同作用,在输入功率为33.3 W、原料气n(H)∶n(C)=5、气态空速为3 600 h^(-1)的条件下,CO_2转化率可达98%,甲烷选择性接近100%。     

射频放电等离子体作用下CO_2-H_2的转化研究

在低压室温下,研究了在射频放电等离子体作用下CO2-H2体系的转化。分别考察了H2/CO2摩尔比、激发电压、原料气总流量对CO2转化的影响,分析了CO2转化的能量效率。结果表明:在射频放电等离子体作用下CO2与H2反应,得到的主要产物有CO、CH3OH和CH4。随着激发电压的增加,CO2转化率、甲烷的选择性及产率增大,CO的选择性明显下降,甲醇的选择性呈现先增大而后减小的趋势;当原料气中CO2含量不断增加时,CO2的转化率、产物甲醇和甲烷的选择性和收率显著下降,相应地CO的选择性却随之而增大。随着总流量的增加,CO2的转化率、产物甲烷和甲醇的选择性和产率减小,而CO的选择性在缓慢增加,但其产率是在不断减小的。整个反应过程中,CO2的转化率最高可达87.46%。     

Ni/La-BaTiO3催化剂的低温CH4/CO2重整性能研究

镧液相掺杂合成了不同镧含量的La-BaTiO3载体,再通过浸渍负载活性组分制备出Ni/La-BaTiO3催化剂。通过CH4/CO2连续重整制合成气反应,考察常压下、700℃和750℃温度的Ni/La-BaTiO3催化剂稳定性和积炭性能;采用CO2脉冲反应评价了700℃低温重整条件下各Ni/La-BaTiO3催化剂上一氧化碳的歧化反应程度。结果表明,一氧化碳的歧化反应程度对催化剂低温CH4/CO2重整的稳定性和积炭性能影响显著,Ni/1.05%La-BaTiO3是最佳的低温CH4/CO2重整催化剂。     

热等离子体转化温室气体的基础研究

二氧化碳和甲烷既是温室气体的主要组成又是丰富的碳资源,研究二氧化碳和甲烷的化学转化和利用有着重要的意义。在热等离子体提供的高温、高能量反应环境中,进行了二氧化碳单独裂解、甲烷单独裂解与甲烷二氧化碳重整反应的对比实验研究。结果表明：热等离子体是转化二氧化碳和甲烷的有效手段。为了得到较高的转化率和化学能效值,应采用甲烷和二氧化碳具有相互促进作用的重整反应过程。     

富甲烷气自热转化催化剂及工艺条件研究

在固定床反应器中,对适合富甲烷气自热转化要求的Ni/α-Al2O3催化剂进行了一系列的工艺条件试验,考察了温度、压力、空速、水碳比和氧碳比对甲烷转化率、氢收率和CO选择性的影响,并进行了120h的寿命试验。结果显示,在甲烷空速GHSV=2000h-1,nH2O/nCH4=1.0,nO2/nCH4=0.6,P=0.5MPa,T=1073K的条件下,甲烷转化率、氢收率和CO选择性分别一直保持在96.7%、70.8%和62.4%左右,以上结果表明该催化剂具有很好的稳定性和较高的活性。     

天然气和二氧化碳转化制合成气的研究 Ⅶ.氧气的影响

采用固定床流动反应装置,考察了镍负载型催化剂上氧气对天然气和CO_2转化制合成气催化性能的影响,测定了催化剂的床层温度分布曲线.发现,随镍负载量增大,产物合成气摩尔百分含量迅速增大,当镍负载量达到一定值后,合成气含量保持不变.当原料气按化学计量比进料时,在800℃产物合成气的干基组成可以达到95%～96%(mol).氧气的加入对合成气含量影响较小,但可以在较宽范围(1.07～0.50)调节CO/H_2的比例.在800℃,CH_4:CO_2:O_2=35:35:17.5(ml/min)条件下,Ni-5催化剂连续使用280h,其活性和选择性几乎保持不变,说明催化剂具有良好的稳定性.在天然气和二氧化碳转化反应体系引入氧气,可以明显地缓和反应体系的强吸热效应,为降低能耗和增大反应器直径从而提高产量提供了可行性.     

MgO改性Ni/γ-Al_2O_3催化剂用于甲烷重整制取合成气研究

采用分步浸渍法制备了不同MgO含量改性的γ-Al2O3载体Ni基催化剂,并利用XRD、H2-TPR对催化剂进行表征。在γ-Al2O3中添加适量的MgO,使得γ-Al2O3表面形成MgAl2O4尖晶石,改善催化剂的反应性能。考察了催化剂MgO添加量,反应温度和压力对甲烷蒸汽重整以及甲烷二氧化碳重整反应的影响,以及原料气CO2/CH4比对甲烷-二氧化碳-水蒸汽三重整制得的合成气的H2/CO比的影响。催化剂最佳的MgO添加量为10%质量分数。在甲烷-水蒸汽-二氧化碳混合重整反应中,当n(H2O)/n(CH4)为1时,n(CO2)/n(CH4)在0.4~0.5之间能得到n(H2)/n(CO)约为2的合成气。