Preparation of Ultra—fine Aluminum Nitride in Thermal Plasma

Ultra-fine aluminum nitride has been synthesized by the evaporation of aluminum powder at atmospheric-pressure nitrogen plasma in a hot-wall reactor.The average size of aluminum nitride particle is 0.11μm measured by scanning electric mirror(SEM),and the purity is at least over90% evaluated by X-Ray diffraction(XRD).The conversion of Al powder to aluminum nitride is strongly depended on the injection of NH3.Typical experimental parameters such as the feed rate of raw material,the flow rate of ammonia and the position of injecting aluminum powder into the reactor are given.     

热等离子体裂解甲烷的热力学与动力学分析

应用Gibbs自由能最小法和平衡常数法分别计算了热等离子体裂解甲烷在均相体系和非均相体系中的平衡组成。采用简化的动力学模型，用特雷纳法数值模拟了不同的压力和温度下，甲烷、乙烯、乙炔、氢气和炭5种稳定物质的浓度随反应时间的演变。热力学计算结果表明：甲烷在1200K时几乎完全裂解，2500K以下时，炭黑由芳香烃中间体生成；2500～4200K时，C2H、乙炔和氢气是主要产物，炭黑由C2H2、C2H中间体生成；4200K以上时．体系中仅有炭、氢自由基，炭黑由炭自由基生成。动力学计算结果表明：2000K、100kPa，反应时间1．0ms时，甲烷已几乎全部裂解，0．1～1.0ms时，乙炔是主要产物，10.0ms以后炭黑产率接近100％。压力增加，乙炔收率下降，炭黑的收率增加，温度越高。乙炔和炭黑的生成速率越大。热力学和动力学计算表明在3500—4500K的温度范围内，5．0～10．0μs的时间范围内可同时获得较高收率的乙炔和炭黑。     

A New Grade Carbon Black Produced by Thermal Plasma Process

This paper presents a new route about producing carbon black,by wich the natural gas cracking is carried out in the absence of oxygen thanks to an electric energy supply externally given by a plasma jet.The carbon black produced by this process has a narrow size distribution and a small average diameter of 38nm as well as a highly branched aggregate.The higher DBP value of 1.40ml/g shows it should be a high structure carbon black.The FTIR spectra shows that there are lots of aromatic c-c bonds and a large amount of nitrogen-coutaining functional groups on the carbon blacks surface,such as-NH,-CN as we3ll as -CH,-OH,-COOH groups.     

一种快速冷却超高温流体方法的数值模拟

在许多强吸热化学反应的化工过程中，常常需要对反应流体流出反应器时进行快速急冷来避免副反应或逆反应发生，以期最终获得可观的目标产物。在本实验室前期开展的热等离子体裂解二氧化碳实验研究中，采取在高温反应器出口加装收缩喷管将裂解气高速导入夹套水冷管的方法，实现了对高温裂解气的快速急冷，显著地避免了裂解气中CO与O的逆反应，获得了意想不到的CO₂高转化率。本文利用计算流体力学软件模拟这一过程，以期揭示这种新的冷却方法导致极快速冷却的机制。模拟结果表明，加装收缩喷嘴确实可以期待对高温射流产生10⁷ K·s^-1量级的温降速率。深入分析表明，仅仅靠气体动力学效应不能完全解释如此快速的冷却速率。从喷管高速喷出的黏性流体在夹套水冷管内形成高速涡流，这种涡流一方面增强了主流体对周围气体的卷吸，另一方面加强了被卷吸流体在被卷入之前与夹套水冷管壁面的强制换热过程，是导致快速急冷的主要机制。     

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。     

冷等离子体在甲烷转化中的研究进展

文章综述了近几年国内外利用冷等离子体活化转化甲烷、与催化剂协同作于甲烷转化以及改性甲烷转化用催化剂中的研究进展。等离子体技术作为一种新兴技术为甲烷转化注入了新的力量,对天然气的有效利用、减少温室气体的排放和绿色化工有着重要的意义。     

大气压反常辉光放电特性

为研究大气压反常辉光放电的特性,用50 Hz交流电驱动1:500的高压变压器产生稳定的大气反常辉光放电,并利用示波器对其作了测量。维持稳态放电的典型参数为电压400~850 V,电流60~110 mA,其伏安特性曲线表明放电处于反常辉光区。当放电的原始驱动电动势取为余弦波形时,放电端电压呈方波形,放电电流呈正弦波形。对放电过程的电路分析表明,高压变压器次级线圈固有的高感抗产生的负反馈避免了放电进入弧光区,由于电路的感抗特性,余弦电动势驱动了正弦形放电电流。而等离子体电阻对放电电流的非线性响应使得放电端电压呈近似方波形。估算得到放电通道中电子平均温度和电子密度分别为2.73 eV和3.45μm-3。用热电偶测得等离子气体温度为700~900 K。该种等离子体相对于其它冷等离子体具有较高的等离子体气体温度和能量密度,更适宜于一些化学气相反应。     

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。     

CO_2 conversion by thermal plasma with carbon as reducing agent: high CO yield and energy efficiency

A key problem in CO_2 conversion by thermal plasma is suppressing the inverse reactions,CO?+?O?→?CO_2 and CO?+?0.5O_2?→?CO_2, to simultaneously obtain high CO yield and energy efficiency. This can be done by quickly quenching the decomposed gas or rapidly taking away free oxygen from decomposed gas. In this paper, experiments of CO_2 conversion by thermal plasma with carbon as a reducing agent are presented. Carbon quickly devoured free oxygen in thermal plasma decomposed gas, and not only is the inverse reaction completely suppressed, but the discharge energy to form oxygen atoms, oxygen molecular, and thermal energy is also reused.A CO_2 conversion rate of 67%–94% and the corresponding electric energy efficiency of about 70% are achieved, both are much higher than that seen so far by other plasma implementations.     

西门子工艺制备多晶硅体系的热力学分析

利用吉布斯自由能理论对西门子体系进行了热力学分析,梳理了体系中可能发生的系列化学反应。结果表明,多晶硅生产主反应为裂解反应而非还原,SiHCl3裂解生成SiCl2(g)和HCl(g),进而生成Si和SiCl4(g)。这不仅合理地解释了实际生产中副产大量四氯化硅等问题,而且为优化还原工艺提供了有价值的科学依据。