等离子体转化CO2的研究进展

大气中CO2的浓度增长而导致的温室效应已成为全球性问题,CO2分子的稳定性强,传统热解法转化CO2有一定的局限性,利用等离子体法将CO2资源化利用具有良好的前景。为此简要介绍了等离子体法转化CO2的基本原理和优势,讨论催化剂在转化过程中的作用。主要就近5年来国内外对介质阻挡放电(DBD)、滑动弧放电和微波放电等离子体转化CO2以及DBD、微波放电与不同催化剂相结合转化CO2的研究进行概述。基于目前的研究现状,分析了等离子体转化CO2技术存在的问题与挑战,提出利用等离子体技术将CO2与共氢反应物相结合生成高能效产品,权衡反应中CO2转化率和能量效率,对未来的发展方向进行展望。

铜蒸气对CO2电弧等离子体物性参数的影响

CO2气体因其全球变暖潜能值低和低温导热性好等优点而逐渐作为一种SF6替代气体应用于断路器中以充当灭弧介质,触头烧蚀产生的铜蒸气会改变电弧基本特性,影响断路器开断性能。为此,利用最小Gibbs自由能法和Chapman-Enskog理论计算了气压为0.5 MPa、热力学温度区间为2 000-30 000 K时的CO2-Cu混合气体电弧等离子体的物性参数,分析了铜蒸气质量分数对电弧等离子体粒子组分、热力学参数以及输运系数的作用规律。研究结果表明：触头烧蚀引入的铜蒸气会比电弧中的其他非金属粒子更早电离,即使是少量的铜蒸气（质量分数为5%）也会使低温时电弧等离子体的电子数密度增大,进而显著提高电弧等离子体在低温区（热力学温度低于8 000 K）的电导率,最大约提升1个数量级;增大铜蒸气质量分数会在整个热力学温度区间增大电弧等离子体质量密度并减小比定压热容、黏滞系数以及热导率,但对于比焓则在低温区和高温区呈现出相反的作用规律;少量的铜蒸气（质量分数为5%）对热力学参数和除电导率之外的输运系数的改变极其微小,但是大量铜蒸气（质量分数高于25%）会明显改变各个物性参数。这些电弧等离子体物性参数的计算结果对于探究铜蒸气对电弧基本物理性质的影响具有参考价值,并可以为建立考虑触头烧蚀下的电弧磁流体（MHD）模型提供输入参数。

PTFE掺杂浓度对高温CO2气体物性参数的影响

由于SF6气体温室效应显著,CO_2气体作为目前具有潜力环保型SF6替代气体之一,以CO_2气体作为绝缘和灭弧介质的断路器已经得到应用。实际上,喷口材料烧蚀将导致PTFE蒸汽作为杂质影响电弧等离子体的物性参数从而影响断路器的开断性能。为了建立物理模型研究和优化断路器开断性能,必须首先确定电弧等离子体物性参数。因此文中研究了0.6 MPa下温度区间为300～30 000 K时的CO_2-PTFE电弧等离子体物性参数。首先基于最小Gibbs自由能法确定了电弧等弧等离子体粒子组分,其次利用标准热力学公式计算了电弧等离子体热力学参数,最后基于Chapman-Enskog理论计算了电弧等离子体输运系数(电导率、热导率和粘滞系数),讨论了PTFE浓度对物性参数的影响。结果表明:添加PTFE对电弧等离子体物性参数产生影响,其中,对粘滞系数,热导率和低温时电导率影响显著,少量的PTFE(少于25%)对电弧等离子体电导率影响很小。

CO2等离子体碰撞积分研究

文中研究了CO2应用在隔离接地开关中产生电弧时,等离子体中性—中性和中性—离子之间的碰撞积分。采用质量作用定律模型,考虑20种粒子,对压强0.7 MPa,温度300~30 000 K的CO2电弧等离子体各组分摩尔分数进行计算,确定了9种相互作用的粒子以及15种中性—中性和12种中性—离子之间的相互作用。在文献中选择适当的极化率数据,并计算电离态中对极化率有贡献的有效电子数。利用唯象势的方法计算(l,s)=(1,1)、(1,2)、(1,3)、(2,2)4种情况的弹性碰撞积分,采用Laricchiuta的拟合公式计算原子与其一阶离子相互作用的非弹性碰撞,建立CO2中性—中性和中性—离子碰撞积分数据库。研究结果与已知的碰撞积分结果基本吻合。文中的方法可以对SF6新型环保替代介质碰撞积分提供理论支持,并对输运系数和电弧理论模型数值仿真研究提供基础数据。

滑动弧放电等离子体重整甲烷制取合成气

考察了在常温常压条件下利用滑动弧放电等离子体,使CH4与CO2重整制取合成气的效果,分析了供给电压、原料流速、预热温度等参数对转化率、选择性和制氢能耗的影响.结果表明,滑动弧放电可突破常温时热力学平衡的限制,有效促进重整反应的进行.与其他等离子方法相比,滑动弧放电的能量效率显著提高.增大电压或预热温度,可提高氢气选择性,促进氢气生成;增加流量,能量效率随之提高,但流量过大时,氢气选择性显著下降.当CH4与CO2的量比为1∶1、供给电压为8640V、喷嘴流速为130m/s、预热温度为400K时,制氢综合能耗最低,为103.1kJ/L,此时单位氢气电耗为18.6kJ/L,转化能力为6.37mmol/kJ.

非平衡CO_2-Ar等离子流的光学气流评价（英文）

In this study,spectroscopic measurements of CO2- Ar arc plasma flow are conducted using a hollow electrode arc heated wind tunnel. In CO2- Ar plasma,radiation of C2 Swan band system is predominant. Other molecular and atomic spectra are not observed except Cu spectra which are produced due to the electrode melting. Background continuum radiation is observed and overlapped with C2 Swan band system. Temperature evaluation of CO2- Ar arc plasma flow is conducted by the area intensity method and temperature distribution is obtained along the stagnation streamline around a disk model. It is found that the vibrational temperature is much higher than the rotational temperature in the free stream region due to the vibrational nonequilibrium process. In the shock layer,the rotational temperature increases by about 1 000 K while the vibrational temperature decreases by about 1 000 K. Energy exchange between translation and vibration modes is activated in the shock layer,resulting in the decrease of the vibrational temperature. However,the vibrational temperature is still higher than the rotational temperature,indicating that the vibrational relaxation process is not completed. In conclusion,the thermochemical state of the CO2- Ar arc plasma flow is in the vibrational nonequilibrium state along the stagnation streamline around the disk model.