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。     

电场局域增强介质阻挡放电对CO2氧化生物质焦油制合成气的影响

以苯为生物质气化焦油的模型分子，在全新设计的电场局域增强的介质阻挡放电(DBD)低温等离子体反应器中开展苯与CO₂反应制合成气的实验研究，考察了放电电压和CO₂初始浓度对苯与CO₂转化率的影响。结果表明，以氩气为载气的280μL/L苯和3000μL/L CO₂混合气在流速250 mL/min、放电功率60.3 W条件下，苯和CO₂的转化率最高可达40.2%和67.3%,产物H₂与CO的摩尔比达到0.132;苯能显著促进CO₂转化，而CO₂初始浓度对苯转化率影响小，且CO₂能显著降低苯降解的中间产物丙酮。结合发射光谱分析，推测了苯与CO₂制合成气的反应过程，表明苯的亲核属性可能是CO₂转化效果提高的主要因素。本研究为温和条件下CO₂氧化生物质气化焦油制合成气奠定了基础。     

等离子体作用下CH4-CO2重整制取合成气工艺过程数值模拟

随着温室气体CH₄与CO₂排放量的逐年增加，全球气温上升、全球变暖加剧。CH₄-CO₂重整(CRM)能够有效降低温室气体的排放量，且重整产物为合成气(CO和H₂)，能提高碳资源的利用率。通过CRM装置完成了反应过程及产物分析，结合流体仿真软件Fluent与化工模拟软件Chemkin模拟揭示了等离子体作用下CRM制合成气反应过程中进料速率、进料比(n(CO₂):n(CH₄))及等离子体功率对反应器内部温度场与浓度场分布的影响规律。结果表明，随着进料速率提高，物流在反应器内涡流作用加剧，导致反应器底部温度变高，CH₄所参与副反应的平衡向正方向移动，参与主反应的CH₄减少，对CO、H₂的选择性降低。相同进料速率下，进料比越大，目标产物产量越高，过量的CO₂发生副反应，导致CO的增量大于H₂的增量。大功率等离子体提供的高温环境会促进C...     

等离子体催化重整CH4/CO2中的等离子体强化表面反应动力学研究

采用实验测量和模拟预测相结合的方法，通过构建详细的机理并开展零维动力学模拟，研究等离子体催化CH₄/CO₂重整过程中等离子体活性物质对表面反应动力学的强化效应。结果表明：等离子体与催化剂的协同对CH₄和CO₂的活化转化能力远强于纯等离子体；动力学模型对反应物的消耗和产物的生成具有较好的预测能力；活性自由基与吸附态物质之间的E-R反应具有较高的反应活性，能有效改变并促进表面反应路径，如等离子体强化的E-R反应CH₃(s)+O→CH₃O(s)的速率比相应的吸附态物质之间的L-H反应CH₃(s)+O(s)→CH₃O(s)+Ni(s)的速率高4个数量级；等离子体催化CH₄/CO₂重整过程中的表面反应路径主要以气相物质与表面吸附态物质之间的E-R反应为主。     

CO2和CH4的转化与气田的关系之我见

长期以来，在石油地质研究领域对CO₂与CH₄的转化关系及其转化成因尚无统一的定论。一般只将CO₂作为生油还原环境的参数指标之一。因此在油气田勘探研究中，常将CO₂在储存空间的保存完好性作为判定生、储油气层保存完好性的指标，这样CO₂在油气田勘探阶段中仅作为寻找油气藏的一个线索。但在如下几种条件：①存在CO₂催化剂（触媒剂）；②存在H₂及H₂的化合物；③具备一定的温度和压力条件；④处于特定的保存条件下，则CO₂可以转化为CH₄及烃类，或者CH₄及烃类能够转化为CO₂。由此认为，CO₂可作为勘探开发大气田的指示气体，而且在发现有高含量和高产量的CO₂气井地区内，有可能勘探到丰富的天然气资源。     

低温等离子体二氧化碳和生物质炭协同反应特性

提出了生物质炭增强CO₂低温等离子体裂解反应的新方法，将碳作为CO₂裂解反应的还原剂，利用低温等离子体反应器实现C与CO₂Boudouard反应发生，促进产物O₂含量减低和CO产率提高。石英棉和生物质炭填充在介质阻挡放电低温等离子体反应器中，通过添加保温装置改善反应区域内部温度，考察CO₂流量、施加电压和反应区域温度对CO₂转化率、能量效率及产物分布的影响。结果显示：生物质炭的填充可有效地抑制产物O₂摩尔，提高CO的产率；施加电压和反应区域温度都是影响CO₂Boudouard反应的重要因素；随着保温装置的添加和施加电压的升高，CO₂Boudouard反应更容易发生，CO₂转化率和产物CO与O₂摩尔比逐步升高；当施加电压为25 kV时，CO₂Boudouard反应对CO₂转化贡献率达到35%,CO_...     

CH4和CO2偶联直接合成乙酸的研究进展

CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸是典型的绿色化学反应之一，但是也是一个热力学不利的过程，实现该反应是化学工程与技术的巨大挑战。CH₄和CO₂作为性质稳定的化合物，在温和条件下的活化与转化是催化领域的难题。综述了近年来国内外CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸的研究进展，重点介绍了克服热力学不利的方法、反应机理以及催化剂研发等方面的工作，分析了构建高性能催化剂可行的方向，展望了CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸的未来发展方向，并提出了相关建议。     

CH4-CO2重整反应用Ni基合金催化剂研究进展

CH₄-CO₂重整反应可以将CH₄和CO₂两种温室气体转化为理论上n(H₂)/n(CO)=1的合成气，对于高效利用天然气资源和实现双碳目标具有重要意义。该反应常用的Ni基催化剂因其成本低、活性高，具备良好的应用潜力，但较为严重的烧结和积炭问题使其容易失活，稳定性至今无法达到工业化要求。通过在Ni中添加另一种金属形成合金是一种有效地提升Ni基催化剂稳定性的方法。为了加深对Ni基合金催化剂在CH₄-CO₂反应中作用机制的认识，并对今后研究提供指导，对近年来Ni基合金CH₄-CO₂催化剂的研究进展进行了综述。适量的贵金属(Ru、Pt和Rh等)或非贵金属(Co、Fe和Cu等)掺杂均可有效提升Ni基催化剂的抗烧结和抗积炭能力。贵金属一方面本身具有优秀的活性和稳定性，另一方面可改变Ni基催化剂的表面微观性质，发挥协同作用；非贵金属则大部分本身不具备显著催化活性，主要通过形成合金改变Ni的表面性质，进而影...     

阻挡介质材料对低气压CO2介质阻挡放电转化特性的影响

介质阻挡放电(DBD)等离子体可产生大量荷能荷电粒子和活性自由基，具有高效、低耗、高可控程度、长使用寿命等优势，在CO₂资源化利用方面表现出良好的应用潜力。针对火星低气压高浓度的特殊CO₂氛围，为探究DBD中阻挡介质材料种类对CO₂转化效果的影响机理，利用kHz正弦电压驱动DBD,实验研究了不同阻挡介质材料对CO₂放电转化特性的影响。结果表明，阻挡介质依次为石英玻璃、环氧树脂、氮化铝、氧化铝、氧化锆(相对介电常数依次为4.7、6.6、9.8、10.2、37.1)时，放电产物中O₂的产量逐渐升高，其中氧化锆作为阻挡介质时的O₂产量远高于其他材料。结合数值仿真分析了阻挡介质相对介电常数和二次电子发射系数对CO₂转化效果的影响机理：固定二次电子发射系数，增大介质相对介电常数，气体间隙平均电场强度增大，放电产生的电子和CO⁺₂密度增大且维持在半峰值以上的时间增加，O₂主要生成反...     

CO2置换法开发不同体系CH4水合物的实验

CO₂置换法引起了许多研究者的注意，该方法能够使CH₄水合物开发和CO₂气体的长期储存同时进行，是一种开发CH₄水合物的新方法。在自行设计的反应装置中考察了3.25 MPa压力下，温度271.2 K、273.2 K和276.0 K时CO₂气体置换十二烷基硫酸钠（SDS）体系和纯水体系CH₄水合物中CH₄的置换过程。实验表明：提高温度有利于置换反应的进行；SDS体系的置换速率比纯水体系的置换速率高。276.0 K、3.25 MPa时，SDS体系和纯水体系100 h的置换效率分别达到6.93% 和14.50%。由于水合物相中静态水的存在，置换反应过程中，CO₂的消耗量与CH₄水合物的分解量并不是1∶1的关系。基于实验结果，简单地分析了CO₂置换CH₄水合物中CH₄的置换机理。     

Fe2(SiO3)3为载氧体的甲烷化学链部分氧化制合成气的热力学研究

采用热力学软件Factsage8.1建立了以Fe₂(SiO₃)₃为载氧体的甲烷化学链部分氧化制合成气反应模型，基于最小吉布斯自由能原理，对甲烷化学链部分氧化制合成气过程进行了热力学计算与分析；以甲烷转化率、CO选择性、H₂选择性及CO₂选择性等指标评价Fe₂(SiO₃)₃的反应活性，研究了Fe₂(SiO₃)₃与甲烷摩尔比、温度及压力等条件对反应的影响，并得到了优化的反应条件。研究结果表明，优化反应条件为Fe₂(SiO₃)₃与甲烷摩尔比0.34、反应温度900℃、压力0.1 MPa。在此条件下，甲烷转化率为98.0%,CO选择性为99.0%,H₂选择性为98.0%,CO₂选择性为1.0%。     

不同分解温度下记忆效应对CO2/CH4混合气体水合物合成的影响

在非常规天然气以及天然气水合物二氧化碳(CO₂)置换开采过程中，明确CO₂/CH₄混合气体水合物(以下简称“CO₂/CH₄水合物”)的合成和分解机理，对水合物法分离混合气体、CO₂封存与CH₄高效开采有重要意义。以多孔介质+去离子水体系中的CO₂/CH₄水合物为研究对象，进行了二次合成和分解实验，研究了分解时间为0.5 h、分解温度为5～25℃条件下的记忆效应对CH₄/CO₂水合物合成的影响，主要从二次合成诱导期、气体消耗量和消耗速率，以及各组分气体消耗情况3个方面进行了分析。结果表明，分解温度越低，二次合成诱导期越短；记忆效应降低了二次合成速率；当分解温度为10℃时二次合成速率最快，气体消耗速率峰值为8.10 mmol/min；在相同的合成温度和压力下，升温分解后的记忆效应使二次合成时CO₂水合物合成量提高至初次合成量的1....     

热等离子体重整天然气和二氧化碳制合成气实验研究

常压下利用15 kW的实验室装置,进行了天然气和二氧化碳在氢等离子体射流作用下重整制合成气的实验。考察输入功率、原料气流量和甲烷与二氧化碳的配比对反应转化率、选择性的影响。结果表明:转化率主要由输入功率和原料气流量决定，产品的选择性与原料气的配比密切相关。如在等离子体输入功率8.5 kW，原料气进量1.3 m³/h，原料配比CH₄/CO₂为4∶6条件下，甲烷转化率为87.98%，二氧化碳的转化率84.34%，一氧化碳的选择性82.27％，能量产率达到1.63 mmol/kJ。与电晕放电、介质阻挡放电等离子体过程相比，热等离子体射流重整反应具有处理量大,产物单一的优点，而且能量产率较高，显示出良好的应用前景。     

人工裂缝参数对CO2-ESGR中CO2封存和CH4开采的影响

目的 页岩储层中的裂缝系统对CH₄产量和CO₂封存量有着重要的影响,不同的储层地质特征有其对应的最优压裂方案。对鄂尔多斯盆地延长组页岩储层人工裂缝参数对CO₂封存和CH₄开采的影响进行分析。方法 基于鄂尔多斯盆地延长组页岩储层地质条件建立了页岩基质-裂缝双孔双渗均质模型,分析CO₂增强页岩气开采技术(CO₂-ESGR)中人工裂缝半长、裂缝宽度、裂缝高度、裂缝间距和裂缝数量对CO₂封存量和CH₄产量的影响。结果 CO₂封存量和CH₄产量与裂缝半长、裂缝宽度和裂缝高度呈正相关,其中裂缝宽度的影响最大,从5 mm增加到25 mm时,最多可使CO₂封存量和CH₄产量分别增加112.69%和87.11%。裂缝间距和裂缝数量增加可提高CO₂封存量和CH₄产量,但水平井长度相同时裂缝数量增加对CO...     

结合深度神经网络的大气压脉冲放电转化CO2研究

为了提高等离子数值模拟在放电等离子体转化利用CO₂研究中的计算效率，提出了采用具有多个隐藏层的深度神经网络(DNN)来研究大气压脉冲放电转化CO₂的放电特性与等离子体化学性质，经过训练的DNN能够极大地提高计算效率。DNN预测结果表明：当外加电压幅值不变时，增加脉冲上升率可以提高放电电流密度和击穿电压，同时增强鞘层区域的电场；脉冲坪区宽度的增加会提高介质板表面电荷密度，增强反向感应电场的强度，进而提高脉冲下降阶段的放电电流密度。此外，提高脉冲上升率和坪区宽度都会提高CO、O₂等产物的密度，导致CO₂转化率的增加。基于有限的训练集，DNN能快捷、准确地给出海量的数据以揭示CO₂放电的演化特性与转化规律，这为研究放电等离子体技术转化CO₂提供了新的计算工具。     

火山-幔源与有机成因CO2气混合模型探讨——以南海北部边缘盆地为例

以南海北部边缘盆地为例，选取典型火山-幔源型CO₂气和不同有机成因CO₂气的碳同位素值作为端元，模拟计算了2种成因CO₂气按不同比例混合后碳同位素值变化规律。结果表明，无论有机成因CO₂的同位素值（-10‰～-25‰）和初始有机成因CO₂气含量（0.5%～2.0%）如何变化，当CO₂气含量小于10%（摩尔分数）时，混合后的δ¹³C_CO2值随总的CO₂气含量增加而迅速增大；而当CO₂含量超过约10%（摩尔分数）时，δ¹³C_CO2值增加缓慢，最后都迅速趋近火山-幔源型CO₂的端元碳同位素值（约-4‰）。该模拟结果合理地解释了为什么世界上所发现的火山-幔源型CO₂气为主天然气藏，其CO₂含量多高于10%（摩尔分数）或15%（重量分数），其碳同位素值大都介于-4‰~-7‰之间。模拟结果与北部湾盆地福山凹陷和珠江口盆地实测CO₂气的碳同位素值变化趋势吻合很好。     

抗硫中毒Pt/CeO_2/Al_2O_3催化剂 Ⅱ.汽油自热重整反应性能和催化剂表征

以硫含量为500 μg/g 的零售汽油为原料,考察了水与碳的摩尔比、O_2与碳的摩尔比、反应温度和汽油重时空速对 Pt/CeO_2/Al_2O_3催化剂自热重整性能的影响,得到了优化的反应条件,并在优化条件下考察了 Pt/CeO_2Al_2O_3催化剂自热重整高含硫汽油的稳定性。实验结果表明,在水与碳的摩尔比为5、O_2与碳的摩尔比为0.35、800℃、汽油重时空速0.9 h~(-1)的优化条件下,零售汽油转化率可达100%,产物中 H_2的摩尔分数为69.0%,CH_4的摩尔分数为1.0%,且催化剂的稳定性很好。氢-程序升温还原表征结果显示,被还原的 Pt/CeO_2/Al_2O_3催化剂中 CeO_2表面晶格氧在 O_2中比在水蒸气中容易恢复,因此,自热重整反应中积碳的消除和有机硫的转化能快速进行,从而使催化剂具有良好的稳定性和抗硫中毒性。     

CH4- CO2体系固体CO2形成条件的预测模型

采用膨胀机制冷工艺回收天然气中的乙烷时,膨胀机出口与脱甲烷塔顶部的温度较低,容易发生CO₂冻堵,影响装置的正常运行。准确预测固体CO₂的形成条件,有助于及时采取相应的措施调整凝液回收装置的操作工况,避免CO₂冻堵。为此,分析了CO₂固体的形成条件,根据相平衡原理,采用标准形式的Peng Robinson状态方程建立了液固平衡模型（LSE）和气固平衡模型（VSE）,据此分别对CH₄-CO₂2气相体系和CH₄-CO₂2液相体系中的固体CO₂形成温度进行了计算,并与用HYSYS软件预测的固体CO₂形成温度进行了比较。结果表明：该计算模型的准确度较高,与实验数据的误差在2 ℃以内;而HYSYS软件预测的CH₄-CO₂气相体系的固体CO₂形成温度较实验数据偏高1～5 ℃,预测的CH₄-CO₂液相体系的固体CO₂形成温度较实验数据偏低1～6 ℃。     

CO2-CH4气体节流及水合物生成特性

CO₂驱采油举升过程中,随着压力的降低,采出液会析出大量伴生气,伴生气中CO₂含量高达50%～90%,相比CH₄气体,气态CO₂节流致冷效应更强,引起的低温可能会生成水合物堵塞管道,威胁集输系统的运行安全。采用高压蓝宝石反应釜研究了CO₂含量对CO₂-CH₄气体节流及水合物生成特性的影响。结果表明：当初始压力为高压(16 MPa)时,相同CO₂占比的混合气体,节流效应系数Di约为1.3～5.4℃/MPa,CH₄的掺入将增强混合气体节流效应,说明高压段主要受CH₄节流效应的影响;当初始压力为低压(5 MPa、4 MPa)时,节流效应系数Di约为3.4～11.9℃/MPa,CH₄的掺入将减弱混合气体节流效应,说明低压段主要受气相CO₂节流效应的影响;相同CO₂含量的CO₂-CH_...     

低温等离子体协同磷化镍催化甲烷干重整反应性能

分别采用化学镀法和浸渍法制备Ni₃P/SiO₂和Ni/SiO₂催化剂,并将其与介质阻挡放电等离子体协同催化甲烷干重整制合成气(H₂+CO)反应。对所制备的催化剂进行X射线粉末衍射、X射线光电能谱、N₂物理吸附-脱附和CO₂程序升温脱附表征和催化甲烷干重整性能评价。相较于Ni/SiO₂,Ni₃P/SiO₂具有更大的比表面积和更多缺电子态的Ni^δ+位点,以及对CO₂较强的吸附能力。催化性能评价结果表明,当等离子体输出功率20 W时,Ni₃P/SiO₂具有比Ni/SiO₂更优的甲烷干重整催化活性和稳定性,这可能是Ni₃P/SiO₂表面较多的Ni^δ+位点促进了反应物分子的吸附活化。对Ni₃P/SiO