介质阻挡放电等离子体催化天然气偶联制C2烃

在常压、室温的介质阻挡放电连续流动反应器中, 对介质阻挡放电等离子体作用下天然气偶联反应制C₂烃进行了研究. 考察了放电频率、放电的电极结构、放电电压、放电的电极数目、氢气、甲烷进料流量和催化剂等参数对甲烷转化率和产物(碳二烃和碳三烃)的选择性影响规律, 同时探讨了反应过程. 结果表明合适的工艺条件为: 电源频率20 kHz, 电极结构为两个电极上都覆盖绝缘介质的b型, 放电电压20~40 kV, 进料流量20~60 mL·min^-1, H₂/CH₄为1/4; 甲烷的转化率随电压的升高而增大, 随甲烷进料流量的增大而减小, 碳二烃的选择性随电压的升高而减小, 随甲烷进料流量的增大而增大. 甲烷的转化率可达45%, 碳二烃选择性可达76%, 产品(碳二烃和碳三烃)的总选择性接近100%; 连续反应100 h无积碳; 催化剂可改善产品碳二烃的选择性; 碳二烃和碳三烃的生成主要是通过自由基和甲烷分子反应获得的.     

大气压旋转螺旋状电极辉光放电等离子体催化甲烷偶联

采用新研制的具有旋转螺旋状电极的大气压辉光放电等离子体反应器催化甲烷偶联制碳二烃. 实验采用铜电极和不锈钢电极分别考察了输入电场峰值电压和甲烷、氢气进料流量等参数对甲烷转化率和碳二烃收率、选择性的影响. 在长时间连续反应无明显积碳的情况下, 最佳试验结果是电极材料为金属铜, 进料流量为60 mL•min^-1, V(CH₄ )/V(H₂)=1的条件下, 输入电场峰值电压为2.3 kV时, 甲烷转化率为70.64%, 碳二烃单程收率及其选择性分别为69.85%和 99.14%.     

常压辉光放电等离子体转化CH4制C2烃的研究

采用新型的旋转电极辉光放电反应器, 在常温常压下对辉光等离子体作用下的甲烷转化制C₂烃进行了研究. 在氢气共存条件下, 考察了反应器电极的结构、材料, 输入电场峰值电压和反应物流率等参数对甲烷转化率和C₂烃单程收率及其选择性的影响规律, 同时比较了不同反应器的能量效率. 结果表明: 在本实验条件下, 金属铜材料好于不锈钢, 螺旋形结构优于三排圆盘结构. CH₄转化率和C₂烃选择性和收率均随输入电场峰值电压的升高而增大, 随反应物流量的增加而减小. 从CH₄转化率、C₂烃的收率和选择性的指标来评价这些反应器, 采用旋转螺旋状铜电极反应器时最好, 当反应物流量为60 mL/min时, 甲烷最高转化率为77.31%, 对应的C₂烃收率和选择性分别为75.66%和97.88%; 当能量密度为800 kJ/mol时, 能效最高为13.5%.     

常压辉光放电等离子体转化CH4制C2烃的研究

采用新型的旋转电极辉光放电反应器, 在常温常压下对辉光等离子体作用下的甲烷转化制C₂烃进行了研究. 在氢气共存条件下, 考察了反应器电极的结构、材料, 输入电场峰值电压和反应物流率等参数对甲烷转化率和C₂烃单程收率及其选择性的影响规律, 同时比较了不同反应器的能量效率. 结果表明: 在本实验条件下, 金属铜材料好于不锈钢, 螺旋形结构优于三排圆盘结构. CH₄转化率和C₂烃选择性和收率均随输入电场峰值电压的升高而增大, 随反应物流量的增加而减小. 从CH₄转化率、C₂烃的收率和选择性的指标来评价这些反应器, 采用旋转螺旋状铜电极反应器时最好, 当反应物流量为60 mL/min时, 甲烷最高转化率为77.31%, 对应的C₂烃收率和选择性分别为75.66%和97.88%; 当能量密度为800 kJ/mol时, 能效最高为13.5%.     

电场增强催化甲烷合成碳二烃催化剂影响研究

本研究提出了在常温、常压电场增强等离子体条件下甲烷直接转化合成碳二烃的洁净工艺 ,在不同的放电电压、放电功率、甲烷进料流量和不同的催化剂作用下 ,甲烷能够以不同的转化率和选择性转变为碳二烃。对影响甲烷转化率和碳二烃选择性的因素 :放电电压、放电功率、甲烷进料流量和催化剂进行了研究 ,对催化剂性能进行了比较 ,并探讨了反应机理。结果表明 ,适宜的工艺条件 :放电电压 2 0kV～ 4 0kV ;输入功率 :2 0W～ 4 0W ;合适的甲烷进料流量 :30mL/min～ 70mL/min。在该条件下 ,碳二烃的选择性可以达到 95 % ;催化剂对甲烷转化率的影响顺序为MnO2 /Al2 O3 >Ni/Al2 O3 >MoO3 /Al2 O3 >Ni/NaY >Pd/ZSM 5 >Ni/H4Mg2 Si3 O4>Ni/ZSM 5 >Co/ZSM 5 >无催化剂。     

滑动弧电极放电等离子体作用甲烷制C2烃的工艺

采用刀片式不锈钢电极放电反应器,以Ar气为稀释气,研究了等离子体作用下甲烷转化制C2烃的工艺条件。考察了CH4流量、高频电源输入电压和电极间距等参数对甲烷转化率、C2烃选择性、收率和反应表观能耗的影响。结果表明,增加CH4流量,表观能耗随之降低;当输入电压和电极间距较小时,甲烷转化率随输入电压和电极间距的增大而增大,但输入电压和电极间距过大时,C2烃收率明显下降,积碳严重。在CH4流量14 mL/min、Ar气流量60 mL/min、高频电源输入电压22 V、电流0.44 A、电极间距4 mm的优化条件下,甲烷最高转化率为43.1%,C2烃收率、选择性和表观能耗分别为40.1%、93.2%和2.41 MJ/mol。C2烃中不饱和烃的体积分数可达95%以上。     

甲烷二氧化碳介质阻挡放电转化产物分布研究

针对介质阻挡放电甲烷二氧化碳转化实验,分析了反应的产物分布,探讨了进料组成和反应器结构对反应的影响.反应产物包括:高H2/CO摩尔比的合成气、气态烃、高辛烷值的汽油组分、醇和酸等含氧有机物.对所述电极结构,产物的选择性随碳数增加而降低;高的甲烷进料浓度有利于烃的生成,对醇和酸的最佳甲烷进料体积分数范围在67.4％～75.1％;放电间隙越小,原料转化率和烃、酸的选择性越大,大的放电间隙对醇的生成有利.     

电场增强等离子催化反应由天然气合成碳二烃

本研究借助电场作用通过交流或直流等离子催化反应在常压、低下将天然气（甲烷）直接转一烃。甲烷被等离子场激活后直接和催化剂活性位作用生成乙烷、乙烯等碳二烃，由气相色谱在线分析其组成。考察了反应条件和催化剂的影响。得到了本实验较适宜反应条件下的碳二烃选择性在９０％以上的结果。     

滑动弧放电等离子体分解甲醇制氢

对常温常压下滑动弧放电等离子体直接分解甲醇进行了研究,探讨了载气流量、甲醇浓度、电极间距、输入电压和气化室温度等实验参数的影响。结果表明,不同操作条件导致甲醇转化率由51%升高到81.7%,氢气和一氧化碳的选择性之比基本保持一个固定值。除了氢气和一氧化碳,产物中还检测到了少量的甲烷和C₂不饱和烃以及痕量二氧化碳。不同于传统的甲醇热分解机理,提出了滑动弧放电等离子体甲醇分解的制氢路径。     

反应器型式对甲烷低温等离子体转化制C2烃的影响

就不同反应器对甲烷常压低温等离子体转化制C2烃的影响进行了研究。结果表明，相同的甲烷停留时间和相同甲烷流率下，反应器A和B中反应的主要产物是乙炔，乙烯和乙烷的含量较少，积炭量较多；而反应器C和D中反应的主要产物为乙烷和丙烷，乙烯和乙炔含量较少，积炭量很少。反应积炭对反应器A中甲烷转化率影响很大，对于产物选择性影响不大，而对反应器C中的反应影响较小。根据产物分布可知，在反应器A和B中，由于电子具有很高的能量和密度，甲烷主要解离为碳原子；而在反应器C及D中，由于电子能量和密度较低，甲烷主要解离为CH3自由基。     

等离子体甲烷偶联体系中纯氢气放电消除积炭

发现了等离子条件下甲烷偶联反应中形成的积炭可以通过该体系中纯氢气放电而消除.将消除积炭使用直流电场的正高压和负高压与使用交流电场作了比较，发现直流电场中无论使用正高压还是负高压，只有阴极上的积炭可以被消除，而交流电场中两极积炭均可被消除，反应器壁上的积炭在以上任何情况下均可被消除.基于实验事实提出了机理假设.消除积炭的量与输入功率、反应器对电极的直径比以及电极材料有关.     

多尖端旋转电极辉光放电甲烷偶联研究

石油资源的日趋短缺使人们对世界大储量能源天然气的开发利用越来越重视.甲烷(CH4)是天然气的主要成份.由于CH4分子具有很高的稳定性,用CH4直接偶联制C2烃(乙烷、乙烯、乙炔)在热力学上十分不利,采用常规催化手段一直未取得突破性进展\[1\],而辉光放电等冷等离子体对于CH4偶联是一种非常有效的方法,近年来已成为物理化学跨学科前沿研究热点.在本研究领域中,利用脉冲电晕等离子体结合催化剂进行甲烷转化[2],其等离子体在空间分布上是非连续的,活性较低,反应区较小,甲烷的转化率及C2烃收率必然是有限的;利用微波诱导甲烷在催化剂上转化制C2烃[3],由于温度很高,能量密度太大,很容易使甲烷完全裂解,生成大量积碳,C2烃的收率也较低;利用介质阻挡放电使CH4偶联[4],能耗太大,能量利用率很低.因此,冷等离子体CH4偶联实现工业化的课题就是要在提高CH4转化率及C2烃收率的同时降低能耗,以提高能量利用率.     

Conversion of natural gas to C_2 hydrocarbons through dielectric-barrier discharge plasma catalysis

The experiments are carried out in the system of continuous flow reactors with dielectric-barrier discharge (DBD) for studies on the conversion of natural gas to C2 hydrocarbons through plasma catalysis under the atmosphere pressure and room temperature. The influence of discharge frequency, structure of electrode, discharge voltage, number of electrode, ratio of H2/CH4, flow rate and catalyst on conversion of methane and selectivity of C2 hydrocarbons are investigated. At the same time, the reaction process is investigated. Higher conversion of methane and selectivity of C2 hydrocarbons are achieved and deposited carbons are eliminated by proper choice of parameters. The appropriate operation parameters in dielectric-barrier discharge plasma field are that the supply voltage is 20-40 kV (8.4-40 W), the frequency of power supply is 20 kHz, the structure of (b) electrode is suitable, and the flow of methane is 20-60 ml · min-1. The conversion of methane can reach 45%, the selectivity of C2 hydrocarbons i     

Conversion of Methane to C2 Hydrocarbons via Cold Plasma Reaction

Direct conversion of methane to C2 hydrocarbons via cold plasma reaction with catalysts has been studied at room temperature and atmospheric pressure. Methane can be converted into C2 hydrocarbons in different selectivity depending on the form of the reactor, power of plasma, flow rate of methane, ratio of N2/CH4 and nature of the catalysts. The selectivity to C2 hydrocarbons can reach as high as 98.64%, and the conversion of methane as high as 60% and the yield of C2 hydrocarbons as high as 50% are obtained. Coking can be minimized under the conditions of: proper selection of the catalysts, appropriate high flow rate of inlet methane and suitable ratio of N2 to CH4. The catalyst surface provides active sites for radical recombination.     

Conversion of natural gas to C2 hydrocarbons via cold plasma technology

The plasma technology served as a tool in unconventional catalysis has been used in natural gas conversion, because the traditional catalytic methane oxidative coupling reaction must be performed at high temperature on account of the stability of methane molecule. The focus of this research is to develop a process of converting methane to C2 hydrocarbons with non-equilibrium plasma technology at room temperature and atmospheric pressure. It was found that methane conversion increased and the selectivity of C2 hydrocarbons decreased with the voltage. The optimum input voltage range was 40-80 V corresponding to high yield of C2 hydrocarbons. Methane conversion decreased and the selectivity of C2 hydrocarbons increased with the inlet flow rate of methane. The proper methane flow rate was 20-40 ml/min (corresponding residence time 10-20 s). The experimental results show that methane conversion was 47% and the selectivity of C2 hydrocarbons was 40% under the proper condition using atmospheric DBD cold plasma technology. It was found that the breakdown voltage of methane VB was determined by the type of electrode and the discharge gap width in this glow discharge reactor. The breakdown voltage of methane VB,min derived from the Paschen law equation was established.     

Conversion of natural gas to C_2 hydrocarbons via cold plasma technology

The plasma technology served as a tool in unconventional catalysis has been used in natural gas conversion,because the traditional catalytic methane oxidative coupling reaction must be performed at high temperature on account of the stability of methane molecule.The focus of this research is to develop a process of converting methane to C2 hydrocarbons with non-equilibrium plasma technology at room temperature and atmospheric pressure.It was found that methane conversion increased and the selectivity of C2 hydrocarbons decreased with the voltage.The optimum input voltage range was 40-80 V corresponding to high yield of C2 hydrocarbons.Methane conversion decreased and the selectivity of C2 hydrocarbons increased with the inlet flow rate of methane.The proper methane flow rate was 20-40 ml/min (corresponding residence time 10-20 s).The experimental results show that methane conversion was 47% and the selectivity of C2 hydrocarbons was 40% under the proper condition using atmospheric DBD cold plasma technology.It was found that the breakdown voltage of methane VB was determined by the type of electrode and the discharge gap width in this glow discharge reactor.The breakdown voltage of methane VB,min derived from the Paschen law equation was established.