冷等離子體炬在甲烷二氧化碳重整制合成氣中的運用.pdf

1、甲烷和二氧化碳是主要的溫室氣體，且二氧化碳又是一種可以利用的碳源，因此，由甲烷二氧化碳重整制合成氣是天然氣和二氧化碳綜合利用的有效途徑之一，已引起了人們的高度重視。甲烷二氧化碳重整制合成氣的H<,2>/CO約為1，是F-T合成制取液體燃料、合成甲醇的理想原料。運用冷等離子體技術(shù)進行甲烷二氧化碳重整制合成氣的研究，對資源利用和循環(huán)經(jīng)濟都有重要意義。 等離子體作為物質(zhì)的第四態(tài)，在其空間內(nèi)含有豐富的高活潑性原子和分子、離子、電子、激發(fā)

2、態(tài)分子和中性粒子等。等離子體作為一種特殊的手段，在參與化學(xué)反應(yīng)和催化劑的制備上受到人們的關(guān)注。本文重點研究冷等離子體炬在甲烷二氧化碳重整中的應(yīng)用。具有創(chuàng)意的研究內(nèi)容主要包括三個方面：利用氫氣冷等離子體炬還原重整反應(yīng)催化劑，直接重整甲烷二氧化碳制合成氣，和與催化劑協(xié)同作用實現(xiàn)甲烷二氧化碳的高效重整。 論文的第二章是利用氫氣作放電氣體的冷等離子體炬還原催化劑的實驗。用XRD、BET和TGA對還原后催化劑進行了表征，表明與常規(guī)還原方法

3、相比，冷等離子體炬還原的催化劑比表面積增加，活性組分Ni的晶粒變小且分散度提高，反應(yīng)后催化劑表面積碳少。在常規(guī)連續(xù)流動固定床反應(yīng)器上對催化劑性能的考察表明，等離子體還原制備的12％Ni.Al<,2>O<,3>(p1)催化劑與常規(guī)還原的催化劑12％Ni/Al<,2>O<,3>(c)相比，具有更好的低溫活性，700℃時CH<,4>和CO<,2>轉(zhuǎn)化率分別提高了10.23％和7.13％，在800℃反應(yīng)48h活性無明顯下降。實驗結(jié)果表明，冷等離

4、子體炬是一種高效且耗時短(10min)的還原方法。 論文的第三章是單獨利用冷等離子體炬重整甲烷二氧化碳實驗。實驗表明： 在總流量1.0m<'3>/h(CH4=0.2m<'3>/h，CO<,2>=0.3m<'3>/h，N<,2>=0.5m<'3>/h)和體系的輸入功率770W時，甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化率分別為45.68％和34.03％，一氧化碳和氫氣的選擇性分別為85.41％和78.11％，產(chǎn)物組成簡單，氣相色譜檢測未發(fā)現(xiàn)C<

5、,2>烴。與其他形式的冷等離子體(介質(zhì)阻擋放電、電暈放電)相比，冷等離子體炬條件下的甲烷二氧化碳重整不僅處理量大(0.5m<'3>/h)，而且目標產(chǎn)物合成氣選擇性高，能量產(chǎn)率達到2.94mmol/kJ。論文的第四章考察了催化劑與冷等離子體炬在甲烷二氧化碳重整中的協(xié)同作用。與單獨的等離子體炬反應(yīng)相比，將12％Ni/γ-Al<,2>O<,3>催化劑放置反應(yīng)體系后，甲烷和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率分別增加了14.38％和6.32％，且H<,2>和CO的