氮等离子体炬裂解天然气制乙炔乙烯的研究

【摘要】： 本文着重研究了一种新的转化天然气制取乙炔及乙烯的技术手段一氮热等离子体裂解天然气制乙炔乙烯方法，同时对其它多种甲烷转化方法进行了评述，与其他方法相比，热等离子体裂解天然气制乙炔乙烯方法条件温和，设备简单，易于实现工业化。 通过对天然气裂解反应进行理论分析以及对反应器进行流体力学模拟计算表明可通过优化反应器结构(如橄榄形状)、改变天然气进料方式来抑制天然气裂解中的阴极积碳现象和在反应器中的积碳现象，并确定了在本实验条件下反应器的冷激位置。 根据理论研究，在改进反应器结构和天然气进气方式基础上，本文在latm、不同功率、天然气流量和氮气流量条件下对天然气转化制乙炔、乙烯进行实验研究，探索对天然气转化率及乙炔收率的影响因素。本文重考察了功率和天然气流量不变改变氮气流量、功率和氮气流量不变改变天然气流量、天然气和氮气流量不变改变功率这三种情况下对天然气的转化率、乙炔及乙烯的选择性和收率以及乙炔在气相中的浓度变化。实验发现：在氮气等离子体中裂解天然气要得到最大乙炔收率，在5～15KW范围内，天然气与氮气流量比值最好为1：1.8；如果要使乙炔的选择性最好，则天然气与氮气的流量比值最好为1：1。在功率为5KW，天然气流量为1NM~3／hr时，最好结果为：天然气转化率72.7％，乙炔选择性52％，乙炔收率37.8％，不计氮气时乙炔在气相中的浓度为15.3％；乙烯选择性12.6％，乙烯收率9.1％。实验发现：当功率给定后，并不是氮气进气流量越大收率越高，过大的进气量会造成CH_4裂解不够，降低C_2产品的收率。因此，实验中，功率与氮气进气量应适当配合。当功率增加时，氮气和天然气流量必须相应增加才有好的乙炔收率。 【关键词】：甲烷 氮等离子体 裂解 乙炔 乙烯
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TQ221
【目录】：

• 中文摘要2-3
• 英文摘要3-8
• 前言8-11
• 第一章 等离子体与等离子体化学及其应用11-17
• 1．1 等离子体物理概述11-14
• 1．1．1 等离子体学起源11-12
• 1．1．2 等离子体的特性12
• 1．1．3等离子体的分类12-13
• 1．1．4 热等离子体的概念和有关基本性质13-14
• 1．1．4．1 热等离子体的概念和性质13
• 1．1．4．2 局域和部分局域热力学平衡的判据13-14
• 1．2 等离子体化学及其应用14-17
• 第二章 天然气转化技术和乙炔生产技术17-27
• 2．1 天然气转化技术17-24
• 2．1．1 甲烷的间接转化法17-18
• 2．1．2 甲烷的直接转化法18-22
• 2．1．3 甲烷的等离子体转化技术22-24
• 2．1．3．1 冷等离子体方法裂解甲烷23
• 2．1．3．2 热等离子体方法裂解甲烷23-24
• 2．2 乙炔生产技术24-27
• 第三章 理论基础及等离子体温度场和速度场的模拟27-43
• 3．1 热等离子体对甲烷的活化作用27-28
• 3．2 自由基反应及动力学计算28-31
• 3．3 热等离子体裂解天然气热力学平衡31
• 3．4 流体力学研究31-39
• 3．4．1 层流模型32-36
• 3．4．2 差分格式及参数的计算36-38
• 3．4．3 湍流模型38-39
• 3．5 模拟结果39-41
• 3．5．1 速度场的模拟结果39-40
• 3．5．2 温度场的模拟结果40-41
• 3．6 以后的工作41-43
• 第四章 实验部分43-57
• 4．1 实验装置及流程43-45
• 4．1．1 流程43-44
• 4．1．2 热等离子体发生器44-45
• 4．1．2．1 直流电弧等离子体发生器的分类及其结构特点44
• 4．1．2．2 电弧稳定工作对电源伏安特性的要求44-45
• 4．2 分析方法45-47
• 4．2．1 定性分析方法45
• 4．2．2 定量分析方法45-47
• 4．3 实验过程及结果讨论47-52
• 4．3．1 实验过程47
• 4．3．2 实验结果及讨论47-52
• 4．3．2．1 分析数据的处理方法47-48
• 4．3．2．2 氮气流量的影响48-50
• 4．3．2．3 天然气流量的影响50-51
• 4．3．2．4 功率的影响51
• 4．3．2．5 积碳的影响51-52
• 4．4 直流等离子体放电52-55
• 4．4．1 放电过程及结果52-54
• 4．4．2 影响放电的因素和对实验的影响54-55
• 4．5 工业化考虑55-57
• 第五章 结论57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 附录一 动力学速率方程62-64
• 附录二 动力学计算算法64-65
• 附录三 流体力学模拟算法65-66
• 附录四 色谱图66-67

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