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。     

微波等离子体下甲烷偶联制乙炔的研究

通过优化设计矩形波导谐振腔微波化学反应器,可以大幅提高微波等离子体下甲烷转化率（最高为93．7％）、C2烃收率（最高为91．0％）和乙炔收率（最高为88．6％）．且优化后,在实验的压强范围内,甲烷转化率和C2烃收率较为稳定,C2烃主要是乙炔,其选择性都在90％以上．生成乙炔的能量产率和时空产率也都比较高．利用发射光谱法对微波等离子体下甲烷偶联制乙炔的反应进行了诊断研究,在300nm～750nm波长范围内激发态物种有：CH,C2,H2,Hα-根据反应产物和激发态物种从化学反应热力学和动力学上对反应机理进行了初步探索．     

微波复合直流等离子体转化天然气制乙炔的研究

利用微波复合直流等离子体对天然气转化制乙炔反应进行了研究. 考察了氢烷比、气体流量、功率等参数对装置的能量利用率以及天然气转化反应的影响, 并考核了微波复合直流等离子体转化天然气制乙炔工艺的稳定性. 实验结果表明: 微波复合直流等离子体装置的能量利用率随等离子体工作气体的流量的增加而提高; 由于微波的作用使传统直流柱状等离子体分化为多根丝状等离子体, 从而使得电极的烧蚀方式由传统的点烧蚀变为面烧蚀, 并大幅度提高等离子体转化天然气工艺的稳定性和电极寿命; 甲烷的转化率和乙炔的收率随功率的增加而提高, 随CH₄/H₂比和气体流量的增加而降低, 在氢烷比为0.9、总气体流量为760 L/min、微波源输出电功率6 kW、直流电源输出功率90 kW时, 甲烷转化率可达84.4%, 乙炔选择性为75.6%, 乙炔收率为63.8%, 乙炔能耗达10.8 kWh•kg^－1; 电极寿命超过200 h.     

有氧气氛下等离子体甲烷偶联反应的研究

近年来,非平衡等离子体应用于甲烷直接转化的研究备受关注,但多数研究工作采用的是低气压下微波或高频放电产生的非平衡等离子体[1－9].在常压下获得非平衡等离子体一般是通过脉冲电晕放电或介质阻挡放电产生的[10,11].Liu等[12]采用电晕放电（非脉冲）研究了CH4＋O2＋He(pCH4=2.03×104Pa,pO2=5.07×103Pa,He平衡)体系的甲烷偶联反应.　　如前文[13]所述,脉冲电晕等离子体是一种新型常压非平衡等离子体,其电子通过上升沿陡峭的窄脉冲电场加速而获得能量（1～20eV）.将其应用于甲烷偶联反应,不仅具有反应条件温和（常温常压）…     

氧对非平衡等离子体甲烷脱氢偶联反应的影响

氧对非平衡等离子体甲烷脱氢偶联反应的影响雷正兰陈栋梁刘万楹＊（中国科学院成都有机化学研究所天然气开放实验室６１００４１）甲烷偶联形成Ｃ２烃是甲烷直接转化的重要反应。非平衡等离子体条件下甲烷脱氢偶联是获得Ｃ２烃的一种新方法。不用催化剂，利用非平衡等离子...     

等离子体作用下甲烷氢化偶联

在常温常压下,研究了脉冲放电等离子体及其协同催化剂强化CH₄氢化偶联反应.结果表明:脉冲电晕等离子体条件下,甲烷中引入氢气可以实现偶联,而且随着氢气引入量的增加甲烷的转化率以及C₂收率增大,积碳减少;脉冲电压和重复频率影响CH₄的转化;引入Ni/γ -Al₂O₃催化剂后可改善产物C₂烃的分布,等离子体法制备的Ni/γ -Al₂O₃催化剂性能优于化学法制备的Ni/γ -Al₂O₃催化剂.开辟了一条甲烷偶联新技术路线.     

正压、低温脉冲微波等离子体裂解天然气直接转化 制C2烃的研究

利用脉冲微波强化、扩展丝光等离子体反应装置,在常压和正压条件下,对低温脉冲微波等离子体裂解甲烷和氢气混合气制C2烃的反应进行了研究。考察了压力、微波功率、脉冲通/断时间以及氢气/甲烷比例、流量等参数对反应的影响。结果表明,在脉冲微波的作用下,常规高压放电形成的在空间呈非连续分布的丝状等离子体被强化和扩展成为连续分布的伞状等离子体,等离子体利用率和活性均得以大幅度提高;利用这种低温等离子体可以获得高的甲烷转化率,而且产物纯净,只有乙烯和乙炔;通过改变压力,还可能调节产物中C2H2/C2H4的物质的量比值,当气体总流量为300mL/min、物质的量比n(H2)/n(CH4)=2:1、压力为0.13MPa、微波峰值功率为120W、脉冲通/断比=400/400ms时,甲烷转化率可达59.2%,C2烃单程收率可达52%,其中乙炔单程收率达42.7%。     

脉冲电晕等离子体下甲烷偶联反应研究(Ⅲ)──金属氧化物的多相催化作用

考察了常温常压脉冲电晕等离子体作用下金属氧化物对甲烷脱氢偶联反应的催化作用,观察到不同催化剂在脉冲电晕等离子体作用下的催化活性差别很大,且对C₂产物的分布具有一定的调变作用.γ-MN₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂的C₂烃收率较空白载体提高了近2倍,C₂烃选择性提高30%以上,该催化剂与脉冲电晕等离子体的结合可使其能量效率提高2倍以上.提出了一种等离子体催化作用促进甲烷脱氢偶联反应的初步模型.     

甲烷部分氧化制合成气Ni/MgO和Ni-MgO/MgO催化剂的研究

甲烷氧化偶联制乙烷、乙烯以及甲烷选择氧化制甲醇、甲醛等反应 ,因其转化率和收率低 ,故短期内无法实现工业化 .目前 ,工业上应用甲烷蒸汽转化制合成气 ,进而合成氨等化工产品 .甲烷蒸汽转化制的合成气 ,其 H2 /CO≥ 3,不适用于甲醇合成和 F- T合成 .而甲烷部分氧化制的合成气 ,其H2 /CO≤ 2 ,因而最适合用于甲醇合成和 F- T合成 ,故近 1 0年来倍受科学家的关注[1 ,2 ] .在 CH4部分氧化制合成气中 ,钌、铑、钯、铂等贵金属催化剂的活性高、选择性好、稳定性好[1 ] ,但价格昂贵 (负载量以 1 2 %～ 4 0 %为佳 ) ,因而难以实现商品化 .N…     

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.     

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.     

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     

用无声放电转化甲烷和二氧化碳同时制备合成气与烃

在低温常压条件下,研究了在无声放电反应器中以A型分子筛为催化剂从甲烷和二氧化碳合成烃和合成气,实现了在无声放电反应器中同时合成烃和合成气。实验在原料气流量200－600ml/min、原料气甲烷和二氧化碳摩尔比1／1－3／1及输入功率100－500W的范围内进行。研究结果表明,低原料气流量有利于甲烷和二氧化碳的转化,而高原料气流量有利于烃的生成;原料气甲烷和二氧化碳摩尔比对制得合成气的H2／CO摩尔比的影响最显著;甲烷和二氧化碳转化率及合成气和烃的产率均随输入功率的增加而提高。而所研究的范围内,当原料气流理为200ml/min、甲烷和二氧化碳摩尔比为1／1、输入功率为500S时,甲烷和二氧化碳转化率达到最高值,分别为64％和39％。以此法制备的合成气的H2／CO摩尔可以在很宽的范围内变化,本研究合成气H2／CO摩尔比的变化范围是0.7-3.1。     

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%.     

Direct Non-oxidative Methane Conversion by Non-thermal Plasma: Experimental Study

The direct non-oxidative conversion of methane to higher hydrocarbons in non-thermal plasma, namely dielectric barrier discharge and corona discharge, has been investigated experimentally at atmospheric pressure. In dielectric barrier discharge, the methane is mainly converted to ethane and propane with small amounts of unsaturated and higher hydrocarbons. While in corona discharge, methane was activated mainly to acetylene with small amount of other higher hydrocarbons. Decreasing the gas flow or increasing power input will improve the methane conversion and product yields. It is found that the methane conversion and main product yield against the input specific energy were special functions in both dielectric barrier discharge and corona discharge, independent of the reactor size, and whether fixing flow rate or power input and changing the power input or flow rate. The corona discharge is a promising alternative method for methane conversion to produce acetylene and hydrogen at low temperature.     

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%.     

新型多尖端旋转电极甲烷偶联等离子体反应器

研制了一种新型的带有一个多尖端旋转电极对一个同心圆筒型固定电极的甲烷放电制备碳二烃的等离子体反应器.以氢气共存条件下甲烷偶联研究对此反应器作出了评价.在此反应器中，反应物流垂直穿过两电极之间的环行等离子体反应区.在大约40 V供电电压、20 kHz脉冲放电等离子体条件下，在长时间连续反应后没有产生大量积炭.在同样的条件下，此多尖端旋转电极工艺比固定的尖端 平板电极工艺具有较高的甲烷转化率、碳二烃单程收率以及较高的能量效率.     

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。