在直流放电等离子体中甲烷转化为碳二烃的研究

【摘要】：在目前世界石油资源日益减少的情况下,天然气的转化研究成为一个热点。本课题利用等离子体技术转化天然气(甲烷),生产乙烯、乙炔等碳二烃,研究有重要的科学意义和应用前景。 本文研究了在直流放电条件下甲烷等离子体转化为碳二烃的规律。实验采用光电光谱技术检测甲烷的分解和碳二烃的形成。甲烷成分的变化,以2.3μm左右的谱线强度作为标志;碳二烃选用3.2μm左右的谱线作为标志。实验还测量了甲烷在直流放电等离子体中的分解中间产物H~(?)(654.3nm)及CH~(?)(431.25nm)自由基的发射光谱。比较了纯甲烷和天然气在直流放电等离子体中的分解规律 研究发现:甲烷的压力与电流密度对甲烷的分解和碳二烃的形成有较复杂的影响;甲烷的分解可以分为三个阶段:甲烷的强烈分解区、过渡区和准平衡区;甲烷的分解快速短暂,需要的电场强度高,在1分钟内甲烷的主要分解过程已经完成;而碳二烃的形成相对缓慢,在3分钟左右达到饱和,且不宜在强电场区聚合。这说明直流放电等离子体对甲烷的分解是非常有效的,而要形成碳二烃,则要有合适的时间使分解的自由基和原子有足够的碰撞次数才能实现。这就指导我们在以后的反应器设计中,可以将甲烷的分解和碳二烃的形成在时间上或空间上分开,保证各自最佳的工作条件。 【关键词】：甲烷 天然气 等离子体 碳二烃 光谱分析
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：O621.2
【目录】：

• 前言9-11
• 第一章 天然气11-16
• 1.1 天然气的概念11
• 1.2 我国天然气资源的分布11
• 1.3 天然气的分类11-12
• 1.3.1 按油气藏分类来分11-12
• 1.3.2 按烃类的组分来分12
• 1.4 天然气的物理化学性质12-14
• 1.4.1 天然气的物理性质及组分12-13
• 1.4.2 实验所用天然气的性质13-14
• 1.5 天然气的应用14-16
• 1.5.1 天然气的间接转化14
• 1.5.2 天然气的直接转化14-16
• 第二章 等离子体和等离子体化学16-26
• 2.1 等离子体16
• 2.2 等离子体的生成16-18
• 2.2.1 自然界中的等离子体16-17
• 2.2.2 人为发生的等离子体17-18
• 2.3 等离子体的判据18-20
• 2.3.1 德拜屏蔽18
• 2.3.2 朗缪尔振荡18-19
• 2.3.3 等离子体参量19-20
• 2.3.4 等离子体判据20
• 2.4 等离子体的特征20-21
• 2.4.1 粒子密度和电离度20-21
• 2.4.2 粒子温度21
• 2.5 等离子体的分类21-23
• 2.5.1 按体系温度来分22
• 2.5.2 按照产生电离的不同放电方式来分22-23
• 2.6 等离子体的诊断23-24
• 2.7 等离子体化学24
• 2.8 等离子体的应用24-26
• 第三章 辉光放电等离子体26-32
• 3.1 主要放电形式26-27
• 3.2 辉光放电27-32
• 3.2.1 等离子体中的碰撞过程27-29
• 3.2.2 辉光放电的特性29-30
• 3.2.3 辉光放电等离子体中发生的反应30-32
• 第四章 光谱及其测量32-38
• 4.1 能态与激励32-35
• 4.1.1 原子的能态32-33
• 4.1.2 分子的内能33
• 4.1.3 等离子体辐射33-35
• 4.1.4 激励方式35
• 4.2 光谱的测量35-36
• 4.2.1 谱线强度35
• 4.2.2 谱线强度的影响因素35-36
• 4.3 几种物质的特征谱线36-38
• 4.3.1 甲烷及碳二烃的光谱36-37
• 4.3.2 氢的光谱37
• 4.3.3 自由基的光谱37-38
• 第五章 实验设计及实验结果38-55
• 5.1 实验参数的选择38-43
• 5.1.1 甲烷等离子体的发生方法38
• 5.1.2 压力的选择38
• 5.1.3 真空系统38-39
• 5.1.4 放电管39-40
• 5.1.5 光谱的产生及测量40-43
• 5.2 实验流程43-45
• 5.3 实验结果45-53
• 5.3.1 甲烷的分解规律45-48
• 5.3.2 碳二烃的生成规律48-51
• 5.3.3 氢自由基的形成规律51-52
• 5.3.4 次甲基的形成规律52-53
• 5.4 结论53-55
• 参考文献55-58
• 致谢58

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