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,还可以调节产物中C2H2/C2H4的物质的量比值.当气体总流量为300 mL/min、物质的量比n(H2)/n(CH4)=2:1、压力为O.13 MPa、微波峰值功率为120 W、脉冲通/断比=400/400 ns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%.

在Li/Sm2O3上进行甲烷氧化偶联制C2烃的研究 Ⅰ.Sm2O3添加碱金属和碱土金属化合物的性能考察

在常压下,采用固定床反应器,考察了添加各种碱金属和碱土金属化合物的Sm_2O_3催化剂的催化性能。结果发现,LiCl和LiNO_3的加入能显著提高催化剂活性和C_2烃生成选择性。还研究了Li的添加量、焙烧温度对催化剂性能的影响。在Sm_2O_3中添加LiNO_3,由于形成了SmLiO_2复合氧化物,不仅改善了催化性能,而且很好地解决了Li易流失的问题,使催化剂稳定性增加,能连续反应25h而保持活性和C_2烃选择性不变。此外,还对820℃下焙烧的Li含量5%的LiNO_3/Sm_2O_3催化剂进行了使用工艺条件的考察,得到了LiNO_3/Sm_2O_3催化剂的最佳使用工艺条件。

Cd改性拉长石催化甲烷裂解制C2烃

以Cd改性拉长石（Cd/Lab）为甲烷裂解催化剂制C2烃,通过XRD、XPS、TEM及GC对催化剂的结构、形貌和催化性能进行了表征与测试。利用固定床反应装置考察了金属掺杂量、反应温度、原料气空速等因素对拉长石催化甲烷裂解制C2烃的影响。结果表明,当原料气空速为1 L/h、反应温度1073 K时,天然拉长石和Cd质量分数为1.0%的Cd改性拉长石催化甲烷裂解的转化率分别为3.32%和6.41%,且C2烃的选择性〉99%。XRD、XPS、TEM等表征和催化性能结果表明,Cd^2＋进入到拉长石的碱金属位点,证明拉长石催化甲烷裂解的有效活性位点是碱金属位点。

电子工业气体氧化亚氮中C2烃杂质分离技术研究

随着我国科学技术水平的不断提高,电子工业的相关技术也发生了巨大变化,电子工业在配套设备、原材料、相关技术等各方面的使用标准均有所提升。氧化亚氮作为一种无机气体,逐渐成为电子工业领域必不可少的一种化学气体。而只有纯度极高的氧化亚氮气体,才能被应用到电子工业的不同领域当中。因此,有关部门需通过精密的杂质检测手段控制各项指标。本文对氧化亚氮中C2烃杂质的分离设备和材料进行介绍,对分离过程进行了探究。

CH_(4)和CO_(2)共转化反应机理研究进展

综述了CH_(4)和CO_(2)共转化生成合成气、乙酸和C2烃3种反应路径的反应步骤、关键中间体及反应产物选择性的影响因素。当生成合成气时,CH_(4)与CO_(2)的活化解离是关键步骤,催化剂载体表面为酸性或中性时反应遵循单功能机理,CH_(4)和CO_(2)在同一活性中心被活化,当载体为表面碱性时,CH_(4)和CO_(2)遵循双功能机理,在不同活性中心被活化,通常双功能机理的催化效率更高。当生成乙酸时,C-C耦合过程应被重点关注,该过程中气相CO_(2)可能直接插入M—CH3键(Eley-Rideal机理)或先被吸附活化后再插入(Langmuir-Hinshelwood机理),后者反应能垒更低。当生成C2烃时,活性氧物种被认为是反应过程中的关键中间体,其可能来源于催化剂中的晶格氧或CO_(2)的活化与解离。因此,在催化剂表面构建多个独立活性位点,以分别对CH_(4)和CO_(2)进行多位点协同催化被认为是良好的催化剂改性策略。另外,先进的模拟计算方法和原位表征手段能够深入揭示反应过程中催化剂和反应中间体的动态演变过程及机理,从而为真实CH_(4)和CO_(2)共转化反应过程中催化剂的设计提供理论指导。

反应器型式对甲烷低温等离子体转化制C_2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。

活性炭引发的常压连续微波放电下甲烷转化制C_2烃

考察了活性炭引发的常压微波连续放电下甲烷转化制C2 烃的过程。活性炭及氩气的存在有利于常压连续微波放电的生成。在这一过程中甲烷转化的主要产物为乙炔。随着停留时间的缩短及甲烷浓度的减小甲烷的转化率降低而乙炔和乙烯的选择性基本保持不变。氩气易在微波场下放电 ,促进了甲烷的转化和乙炔的生成。

热等离子体裂解天然气制备C_2烃

采用氮气热等离子体来裂解天然气制备乙炔乙烯,着重研究了天然气转化率和乙炔、乙烯收率随氮气流量和天然气流量的变化。结果表明,天然气流量与氮气流量之比为1:1时,可得到较好的结果。当等离子体功率为15kW、天然气流量为3Nm3·h-1、氮气流量为3Nm3·h-1时得到最好的结果。这时天然气转化率为57%,乙炔、乙烯的收率分别为34%和9%;乙炔在反应气中的体积浓度为7 5%,与部分氧化法相似;扣除不参加反应的氮气,乙炔在气相产品中的体积浓度为13 2%,与热力学平衡计算结果基本符合。

CH_4/CO_2一步合成C_2烃研究进展

介绍了CH4 /CO2 一步合成C2 烃的两条主要途径 :化学催化法和等离子体活化法。化学催化法主要采用金属氧化物催化剂及负载型金属氧化物催化剂 ,后者的催化活性明显高于前者 ,是今后化学催化法的研究方向。冷等离子体是十分有效的自由基引发方式 ,在此反应中的应用获得了比化学催化法更高的C2 烃收率。CH4 /CO2 一步制C2 烃是一条合成路线简单、原料廉价易得的崭新合成路线 ,有望成为CH4 /CO2 合成C2

冷等离子体裂解甲烷制C_2烃动力学分析及模拟

研究在冷等离子体条件下甲烷裂解并偶联产生C2烃的反应机理。应用碰撞理论和玻尔兹曼分布计算了CH4被高能电子裂解为CH3,CH2,CH和H等自由基的速率常数与电子温度的关系。常温常压下,对49个反应构成的复杂体系进行动力学分析,数值模拟了不同的电子密度及电子温度下,甲烷、乙烯、乙炔等12种粒子的密度随反应时间的演变。结果表明:电子密度及电子温度越大,甲烷的转化率越高;当电子温度为1 5eV,电子密度在1011～1013cm-3之间变化时,甲烷的转化率接近100%,C2烃的总选择性接近100%,达到平衡的时间为35ms到650ms。

玄武岩催化甲烷裂解制C_2烃

以天然玄武岩为甲烷裂解催化剂,通过XRF、XRD、SEM及XPS对催化剂组成、结构、表面活性物种进行了研究。利用固定床反应装置考察了不同反应温度、空速条件下玄武岩催化甲烷裂解制C_2烃的效果。结果表明,在气体空速为4 L·h-1条件下,当反应温度为1 225 K时,甲烷的转化率为7.66%,C_2烃的选择性为33.64%;当反应温度升至1 325 K时,甲烷的转化率可达17.13%,同时C_2烃的选择性为27.21%。相同温度下,气体空速越大,乙烷的选择性越高,乙炔的选择性越低。催化剂活性因表面积炭的产生而降低,积炭类型为芳烃积炭。

甲烷-二氧化碳制C_2烃研究进展

介绍了一种新的甲烷 二氧化碳共活化的反应途径—甲烷 二氧化碳制C2烃,综述了催化剂体系以及反应机理的研发现状,并对其发展前景进行了展望。

常压辉光放电等离子体转化CH_4制C_2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60mL/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800kJ/mol时,能效最高为13.5%.

交流非平衡等离子体裂解甲烷制C_2烃

用介质势垒放电研究了甲烷在无氧条件下的直接转化。天然气 (甲烷含量 94% )在常温常压下通过介质势垒放电反应器形成非平衡态等离子体。反应器两电极间施加的交流电压为 15～ 30kV ,甲烷分子在此环境中裂解为CH3 、CH2 、CH和H ,并偶联生成C2 烃和氢气。实验表明 ,甲烷转化率和C2 烃收率随放电电压和停留时间增加而增加 ,虽然C2 烃总的选择性变化不大 ,但乙炔。

氮与天然气流量比对等离子体炬法制C_2烃的影响

热等离子体裂解天然气是可以高效转化天然气的技术手段之一 ,当以氮气为工作气体时主要产物有乙炔、乙烯、氢气。在常压下分别探讨了不同功率、天然气流量和氮气流量对天然气的转化率、乙炔及乙烯的选择性和收率以及不计氮气体积时乙炔在气相中浓度的影响。实验发现 :在 5～ 15kW功率范围内 ,氮等离子体炬裂解天然气时要得到最大乙炔收率 ,天然气与氮气流量比应以 1∶1.8左右为佳 ;如要使乙炔的选择性最大 ,则天然气与氮气的最佳流量比为 1∶1。给定功率时 ,功率、天然气流量与氮气流量应适当匹配以避免过大的天然气进气量造成天然气裂解不够 ,降低目的碳二烃产品的收率。当提高功率时 ,氮气和天然气流量必须相应增加才有可能维持比较高的乙炔收率。天然气和氮气流量不变时 ,功率越高 ,乙炔的选择性和收率都会降低 ,但乙炔收率下降比乙炔选择性下降缓慢。

等离子体催化转化甲烷合成C_2烃的研究进展

甲烷是天然气的主要成份,由于其化学性质稳定,因而将甲烷直接转化合成C2烃难度很大。本文论述了利用等离子体活化及等离子体与催化剂协同活化甲烷转化的国内外研究进展。同时对其反应机理进行了讨论,分析了当前利用等离子体活化甲烷所存在的问题,并提出了今后的研究方向。

甲烷氧化偶联制C_2烃La_2O_3基催化剂的研究

本文的实验结果表明,具有开放型本征构型的La_2O_3对甲烷氧化偶联反应有相当好的活性和选择性,在750℃、原料气空速6.O×10~4ml.g^(-1).h^(-1),CH_4:O_2:N_2=3.7:l.0:9.0(V/V)的反应条件下,氧接近全部转化,甲烷转化率达25.4％,C_2烃选择性为43.6％,添加碱土金属(Ca、Sr、Ba)氧化物或碳酸盐能显著地改善催化剂的性能,在上述反应条件下,60mol％Ba-La_2O_3催化剂的C_2烃选择性达到58％。