辉光放电等离子体催化甲烷偶联制C2烃.pdf

维普资讯 第26卷 第4期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vo1．26，No．4 2006年 l2月 NuclearFusionandPlasmaPhysics Dec+ 2OO6 文章编号：0254—6086(2O06)O4—0327—04 辉光放电等离子体催化甲烷偶联制C2烃 王达望，马腾才 (大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，大连 116024) 摘 要：在常温常压下采用新型旋转电极等离子体反应器，对辉光等离子体作用下的甲烷偶联反应制 c，烃 进行了研究。结果表明，甲烷偶联反应的主要产物为c2H2，占c2烃的80％以上，能量效率在5．6％～l1．2％之间； 增加H2含量可以提高CH4转化率和c2烃收率；在 500—2200kJ·mol的能量密度范围内，CH转化率随能量密 度的增大而线性增加 ，c2烃收率随着能量密度的增加呈峰形变化趋势。 关键词：旋转电极；辉光等离子体；甲烷偶联；碳二烃；能量效率 中图分类号 ：0539 文献标识码：A 1 引 言 密度对反应的影响以及反应的能量效率。其特点 目前，天然气主要用作火力发电和民用燃料， 是，可长时间均匀放电、功率低 、甲烷转化率和 用作石化产品原料的还很少。甲烷是天然气的主要 C：烃收率均较高，是一种很有前途的方法。 成分，因此甲烷催化转化的研究工作对于用天然气 生产高分子化工基本原料的石油化工战略转移具 2 实验部分 有重大的意义和价值。由于甲烷分子C—H键解离能 2。1 实验装置 高及其热力学上的不利反应，在甲烷传统催化偶联 在文献6【】中，对实验装置和流程见进行了详细 研究方面一直未取得大的进展。因此，人们更多地 描述 。甲烷和氢气经减压 阀调节其压力为 关注开发新方法。等离子体对于甲烷偶联来说是一 101．6kPa，经缓冲瓶和干燥器后，再经D07．7B／ZM 种高效率的绿色工艺。近年来，等离子体催化甲烷 系列质量流量控制器和 D08．1D／ZM 型流量显示仪 转化的研究受到越来越多的关注J【，引。 计量，最后经皂沫流量计校准。气体 自上而下进入 大气压下放电等离子体中，电晕放电产生活性 内径为32mm 的石英管反应器，反应气体经色谱在 粒子的效率太低且不均匀，DBD放电持续时间太 线分析 。 短(纳秒量级)，而且这种微放电或丝状放电也不均 2．2 分析方法 匀，而弧放电则因为能量密度太高且很容易损伤电 实验采用 GC．9800型气相色谱仪(上海科创色 极。相比于上述几种形式的放电等离子体 ，大气压 谱仪器有限公司)，GDX502(60．80目，不锈钢盘 下的辉光放电有着较好的均匀性，产生时所需的能 管O2x4000mm)，热导池检测器 N．2000双通道色 量面密度较小，而且辉光放电维持在电离态时的能 谱工作站 (浙江大学智达信息工程有限公司)。色 量效率高。近几年，大气压下的辉光放电研究受到 谱操作条件：载气H2，桥电流 140mA，柱温313K， 了人们越来越多的重视L3J，但用于天然气转化的研 检测温度为323K，柱前压为250kPa，外标定量。 究还很少H，5J。本研究利用大气压下辉光放电等离 子体催化甲烷与氢气混合气制 C2烃，采用旋转三 3 结果与讨论 排电极等离子体反应器，考察了氢气添加气、能量 3．1 氢气添加气对反应的