基于强电场电离放电技术的甲烷制氢实验研究

【摘要】：能源日益紧缺是二十一世纪人类面临的难题,寻找新型石油代用燃料是世界能源发展的趋势。天然气储量丰富,天然气能源转化已经成为人们研究的热点。甲烷是天然气主要成分,在常态下具有较强的稳定性,采用常规化学反应方法难于实现其转化或转化效率低。强电场电离放电具有电场强度高、电子能量大的特点,为天然气的转化提供了新的有效途径。 本论文在室温大气压实验条件下,采用强电场电离放电方法进行了甲烷转化制氢的研究。探索了不同的实验参数如激励电压、放电功率、放电频率的物理参数,气体流量、气体种类及配比的化学参数,和等离子体发生器冷却方式的工艺参数对甲烷转化率、氢气收率、氢气选择性的影响。研究结果发现强电场电离放电体系中的输入能量与甲烷转化率及氢气收率成正比；放电频率在10 kHz时,甲烷转化有极大值；相比于N2的加入,体系内加入3%～5%体积比的氧气可很好的提高甲烷转化率与氢气收率；等离子体发生器冷却方式对氢气选择性影响重大：气流量的大小与甲烷转化率及氢气收率成反比。当气体总流量为300 ml/min,含氧量5%,放电频率10 kHz时,甲烷转化率为57.8%,氢气收率为36%。 甲烷转化的产物中氢气在体系内所占的体积比很大,介于10%-30%之间,作为汽车内燃机的燃料可提高内燃机的燃烧热效率并降低尾气污染,为车载制氢开辟了新途径。 【关键词】：甲烷 氢气 等离子体 强电场电离放电
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ116.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 天然气的开发利用9
• 1.2 甲烷转化制氢的意义9-14
• 1.2.1 传统化学方法甲烷制氢10-11
• 1.2.2 等离子体法甲烷制氢11-14
• 1.3 车载制氢技术14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 等离子体化学反应基本原理16-26
• 2.1 等离子体中粒子的碰撞和能量转移16-18
• 2.2 碰撞参数18-20
• 2.3 CH_4、O_2和H_2的等离子体状态20-24
• 2.3.1 CH_4的等离子体状态20-22
• 2.3.2 O_2 的等离子体状态22-24
• 2.3.3 H_2的等离子体状态24
• 2.4 自由基反应机理探讨24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 大气压气体放电的基本原理26-39
• 3.1 气体放电26-30
• 3.1.1 汤森放电理论与流注理论26-27
• 3.1.2 气体放电形式27-30
• 3.2 大气压气体放电的主要物理参数30-33
• 3.3 大气压强电场电离放电33-38
• 3.3.1 大气压强电离放电的微放电过程35-36
• 3.3.2 大气压强电离放电电介质层的优化36-37
• 3.3.3 大气压下强电场电离放电与其他几种气体放电形式的比较37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 强电场电离放电甲烷转化制氢实验39-60
• 4.1 强电场电离放电甲烷制氢实验系统与实验流程39-42
• 4.1.1 实验设计方法39
• 4.1.2 实验系统及设备39-42
• 4.2 实验检测方法与计算方法42-44
• 4.2.1 实验检测方法42-43
• 4.2.2 实验计算方法43-44
• 4.3 实验结果与讨论44-57
• 4.3.1 激励电压对甲烷转化实验的影响44-46
• 4.3.2 放电功率对甲烷转化实验的影响46-47
• 4.3.3 放电频率对甲烷转化实验的影响47-49
• 4.3.4 等离子体发生器冷却方式对甲烷转化实验的影响49-50
• 4.3.5 气体总流量对甲烷转化实验的影响50-52
• 4.3.6 O_2添加量对甲烷转化实验的影响52-55
• 4.3.7 N_2添加量对甲烷转化实验的影响55-57
• 4.4 实验生成物成分57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66

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