旋转滑动弧催化剂推动甲烷干重整制备合成气实验研究

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1、旋转滑动弧催化剂推动甲烷干重整制备合成气实验研究第一章绪论1.1能源结构变化世界经济的快速发展伴随着能源的大量消耗。随着化石能源储备日趋不足，能源不足问题日渐严峻。传统化石能源煤，由于其形成周期长，开采量大，现巳日趋枯竭。且其开采与直接燃烧易引起严重的生态和环境污染问题，二氧化疏、氮氧化物、一氧化礙、粉尘污染等是其常见污染产物。自上世纪70年代发生两次能源危机以来，以石油为基础原料的化工业受到严峻挑战，亦里需新原料巳取代日益枯竭的石油。天然气资源，作为三大化石原料之一，因其可观的蕴藏量，成为本世纪最具前景的资源。截止2013年，世界天然气储量为198.89万亿立方米，与20

2、12年同比增长3.4%。按2012年世界天然气产量数据，即使以后无新增储量，全球天然气尚可开采57年OSsensor，1504x1128pixels)；电子示波器：TektronixDP04034B电子示波器，美国泰克有限公司；电压探头：TektronixP6015A，美新宇宙电机株式会社有限公司；电流探头：TektronixTCP303，美国泰克有限公司。2.2旋转滑动弧等离子体发生装置旋转滑动弧等离子体反应器（如图2.1所示）主要包括：进气口、出气口、环形磁铁、内电极、外电极、聚四氟乙稀绝缘底座和石英反应器外罩等。旋转滑动弧等离子体反应器为不锈钢材料，内电极高120mm

3、，接电源正极，外电极高130mm,为负极。外直径42mm,壁厚3mm;两电极最小间距为2mm。反应器入口为3个切向进气口，直径为2mm，气体进入空腔内经3个切向进气口进入反应器，形成旋转气流。外电极外部可加环形磁铁，磁场强度约为0.2T。反应气由入口通过切向进气口2进入反应器，在反应器内部形成旋转气流推动电弧旋转，内电极3接高电压，外电极4接地。5为环形磁铁，可加载在外电极外部。6为滑动弧，一端连内电极，一端连外电极。当反应器外部有5存在时，电弧同时受到气流、电场和磁场中的洛伦兹力作用，在反应器内旋转运动。此时旋转滑动弧电弧与刀片式滑动弧电弧不同，不再经过不断击穿一拉长一消

4、失一再击穿的循环过程，而是稳定在某一平面，做平面内的旋转运动，形成稳定的等离子体区域。第三章旋转滑动弧促进甲烷干重整的实验研究......293.1实验原料及仪器设备......293.1.1气体原料......293.1.2仪器设备......293.2旋转滑动弧促进甲烷干重整实验......293.3反应性能评价......303.4旋转滑动弧促进甲烷干重整......313.5反应原理探讨......413.6本章小结......41第四章催化剂制备及表征......434.1催化剂的制备......454.2催化剂表征......464.3本章小结......48第

5、五章旋转滑动弧耦合催化剂促进甲烷干重整......495.1反应空速计算......505.2旋转滑动弧耦合催化剂促进甲烷干重整实......505.3反应机理探讨......535.4本章小结......53第五章旋转滑动弧耦合催化剂促进甲烷干重整实验研究催化剂耦合旋转滑动弧可以有三种放置方式：一种是流化床式，将等离子体放入反应器中，随气流运动；第二种是固定床式，将催化剂完全或部分固定放置在等离子体放电区域；第三种是二阶段式的固定床放置，将催化剂放在等离子体区域下方。由于反应器进气口较小，催化剂颗粒相对较大，易堵塞进气口，第一种放置方式不适于本实验。第三种方式，催化劍与等

6、离子体区域无交叉，基本没有稱合作用，且为了提高能量利用效率，本实验无外加加热，催化剂常温下无法起到催化作用。所以，本章采用了第二种放置方式，将催化剂紧邻滑动弧，在滑动弧下方，既不影响弧的正常旋转，又能部分在等离子体区域内，且能靠近滑动弧，通过弧的高温给其加热，达到适当温度，在无外在加热情况下起到催化效果。如图5.1所示，利用自制不诱钢透气小筒(小筒直径42mm,筒高l0nim)，用于存放催化剂，然后置于出气口石英管中，石英管与反应器紧密相连。..总结着重介绍了滑动弧等离子体放电在低温等离子体促进甲烷干重整放电中的优势，及对传统刀片式滑动弧的改进办法，提出了磁旋转滑动弧低温等

7、离子体放电方法，列出全文框架。第二章为滑动弧放电促进甲院干重整物理特性研究，主要介绍了反应器及反应系统结构，利用高速摄影和示波器对滑动弧放电促进甲烷干重整物理特性进行研究，结合电弧图像和电参数图像分析得出：添加磁场，无论磁场作用方向与流场方向是否一致，滑动狐转速较高。无磁场时，电弧在内电极顶端极其缓慢旋转，散热少，电弧弧长较长，且弧线清晰明亮；外加磁场，磁场作用方向与流场方向一致，滑动弧等离子体促使C02放电时，较高流量下弧长较短，较低流量下弧长较长，这与磁场对电弧产生的洛伦兹力有关。C02流量61Vmin时电参数