脉冲电晕等离子体甲烷氯化反应实验研究

【摘要】： 本文在latm、室温、脉冲电晕放电装置中进行了非平衡等离子体甲烷氯化的可行性实验研究。实验所采用的反应器是体积大约为200ml的线一筒式电晕反应器,在有足够高的电压供应下通过脉冲高压电源放电从而产生非平衡等离子体,实验证明非平衡等离子体可使甲烷分子活化、裂解进而与氯气反应合成氯代甲烷类产物。本文在证明其可行性的基础上,着重考察了脉冲峰值电压、脉冲频率、反应时间和反应气中甲烷与氯气的比例对甲烷转化率、二氯甲烷的浓度和产物分布方面的影响,找出其影响规律,从而得出结论。 当脉冲频率调整为35Hz,反应气中甲烷、氯气与氩气三种气体经转子流量计测量转化后控制为2:1:7,总气体流量为300ml/min,气体在反应器中的停留时间为40s,在该实验条件下测定电压峰值对反应的影响,较高的电压有利于提高甲烷的转化率和二氯甲烷的生成浓度,当电压从10kv增强到17.5kv时,甲烷的转化率提高了7%,二氯甲烷的浓度增加了3.5 mol/m~3,二氯甲烷在产物中的选择性增加了46%,三氯甲烷选择性下降了46%。当峰值电压为17.5kv,反应气中甲烷、氯气与氩气三种气体经转子流量计测量转化后控制为2:1:7,总气体流量为300ml/min,气体在反应器中的停留时间为40s,在该实验条件下测定脉冲频率对反应的影响,电源频率越高,对甲烷的转化越有利,对二氯甲烷的生成也越有利,当脉冲频率从20Hz增加到40Hz时,甲烷的转化率提高了8%,二氯甲烷的浓度增加了4.1 mol/m~3,二氯甲烷的选择性提高了13%,而三氯甲烷的选择性下降了12%;当电压峰值为17.5kv,脉冲频率20Hz,反应气中甲烷、氯气两种气体经转子流量计测量转化后控制为2:1:7,在该实验条件下测定停留时间对反应的影响,延长停留时间,有利于甲烷的转化却不利于二氯甲烷的生成,当停留时间从40s增加到80s时,甲烷的转化率提高了10%,二氯甲烷的浓度反而下降了3.7 mol/m~3,二氯甲烷在产物中的选择性下降了29%,而三氯甲烷的选择性反而增加了32%;电压峰值为17.5kv,脉冲频率35Hz,总气体流量为300ml/min,气体在反应器中的停留时间为50s,在该实验条件下测定甲烷与氯气的比例对反应的影响,调节反应气中甲烷与氯气的比例增大,对于甲烷的转化是不利的,但对于提高二氯甲烷的产率是有利的,电压值为17.5kv时,当甲烷与氯气比例从2:1提高到4:1时,甲烷转化率下降了9%,二氯甲烷的浓度增加了1.9mol/m~3,同时二氯甲烷在产物中的选择性提高了13%,三氯甲烷的选择性减少了11%。 【关键词】：电晕放电 等离子体 甲烷 转化 二氯甲烷
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O621.25
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 前言10-15
• 1.1 研究的背景及意义10-14
• 1.1.1 研究的背景10-11
• 1.1.2 研究的意义11-14
• 1.2 主要研究内容14-15
• 第二章 文献综述15-32
• 2.1 甲烷基本概念15-16
• 2.1.1 甲烷的来源及用途15-16
• 2.1.2 甲烷对健康的影响16
• 2.2 甲烷转化方法16-18
• 2.2.1 常规转化方法17-18
• 2.2.2 非常规甲烷转化方法18
• 2.3 等离子体介绍18-25
• 2.3.1 等离子体概念18-19
• 2.3.2 等离子体判据19-21
• 2.3.3 等离子体分类21
• 2.3.4 等离子体的产生方法21-23
• 2.3.5 等离子体的应用现状23-25
• 2.4 甲烷低温等离子体转化机理的探讨25-26
• 2.5 甲烷等离子体转化的研究进展26-29
• 2.6 电晕放电等离子体技术29-32
• 2.6.1 电晕放电的基本理论29-30
• 2.6.2 电晕放电等离子体技术在环境中的应用30-32
• 第三章 实验装置32-41
• 3.1 研究对象选取32-33
• 3.2 实验流程33-34
• 3.3 实验材料34-35
• 3.4 电晕反应器设计35-36
• 3.5 分析方法36-41
• 3.5.1 气体的成分分析36-37
• 3.5.2 标准曲线绘制37-38
• 3.5.3 各物质的标准气相色谱图38-41
• 第四章 研究结果与讨论41-52
• 4.1 峰值电压(Vp)对反应的影响41-43
• 4.1.1 峰值电压对甲烷转化率的影响41-42
• 4.1.2 峰值电压对产物二氯甲烷浓度的影响42-43
• 4.1.3 峰值电压对甲烷转化产物分布的影响43
• 4.2 脉冲频率(F)对反应的影响43-46
• 4.2.1 脉冲频率对甲烷转化率的影响44-45
• 4.2.2 脉冲频率对产物二氯甲烷生成浓度的影响45
• 4.2.3 脉冲频率对甲烷转化产物分布的影响45-46
• 4.3 气体停留时间(R-T)对反应的影响46-48
• 4.3.1 停留时间对甲烷转化率的影响46-47
• 4.3.2 停留时间对产物二氯甲烷浓度的影响47-48
• 4.3.3 停留时间对甲烷转化产物分布的影响48
• 4.4 甲烷与氯气流量比(R)对反应的影响48-51
• 4.4.1 甲烷与氯气流量比对甲烷转化率的影响48-49
• 4.4.2 甲烷与氯气流量比对产物二氯甲烷浓度的影响49-50
• 4.4.3 甲烷与氯气流量比对甲烷氯化产物分布的影响50-51
• 4.5 小结51-52
• 第五章 结论52-55
• 参考文献55-60
• 附录60-62
• 致谢62-63
• 研究生阶段发表的论文63

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