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plasma等离子体能量密度对反应物CH4和CO2转化率C2烃CO收率的影响

  • 分类:公司动态
  • 作者:等离子清洗机-CRF plasma等离子设备-等离子表面处理机厂家-诚峰智造
  • 来源:
  • 发布时间:2021-04-16
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【概要描述】        plasma能量密度对反应物CH4和CO2转化率、C2烃、CO收率的影响可见CH4和CO2转化率均随能量密度增大而呈上升趋势这意味着增加plasma等离子体功率和降低原料气流量,即增加能量密度,有利于提高CH和C02转化率。在能量密度为2200kJ/mol时,CH4和CO2转化率分别为43.6%和58.4%。         增加能量密度虽有利于提高CH4和CO2转化率,既有利甲烷C-H键的断裂(4.5eV)和二氧化碳的C-O键的断裂(5.45eV),但对两者的影响并不相同。当能量密度低于1500KJ/mol时,相同试验条件下CH4转化率高于CO2转化率,说明在较低能量密度下,体系中高能电子的平均能量较低,多数电子能量与甲烷 C-H键的平均键能相近而低于二氧化碳C-O键的裂解能,因此CH4转化率高于CO2转化率。当能量密度高于1500 kJ/mol时,体系内电子平均能量上升,多数电子能量渐渐接近二氧化碳C-O键的裂解能,CO2转化率迅速提高。同时, CH4转化率随能量密度增加呈对数上升趋势,CO2转化率随能量密度增加呈直线上升趋势。这可能与甲烷、二氧化碳在plasma等离子体下裂解特性有关,甲烷为逐次裂解,即转化一个甲烷分子往往要消耗多个高能电子,二氧化碳主要为一次裂解,转化一个二氧化碳分子所消耗高能电子数低于甲烷。对甲烷转化而言应选择较低的能量密度。         能量密度对C2烃、CO收率的影响,随能量密度增加两者均呈线性上升趋势,且CO收率的直线斜率明显高于C2烃收率的直线斜率。对于C2烃收率,当能量密度由350 kJ/mol 增至2200 k.J/mol时,C2烃收率由5.7%增至20.6%,增加近15个百分点。对于CO收率,当能量密度由350 kJ/mol增至2200 kJ/mol时,CO收率由11.6%增至76.4%,增加近65个百分点。这说明在实验所考察的能量范围内,提高能量密度,有利于提高C2烃和CO收率,但从能耗角度考虑,仅以产物收率衡量反应效率是不全面的,因此有必要引入能量效率这个物理量评价plasma等离子体作用下CO2氧化CH4转化反应。         由于在实验条件下,未能得到CO2转化为C2烃的直接证据,可认为C2烃来源于甲烷的偶联反应:         CH4 → 0.5C2H6+0.5H2    ∆H11 =32.55kJ/mol    (4-2)         CH4 → 0.5C2H4+1H2    ∆H12=101.15kJ/mol    (4-3)         CH4 → 0.5C2H2+1.5H2    ∆H13=188.25kJ/mol    (4-4)         将上述三个反应式耦合并考虑到C2烃产物分布,甲烷偶联形成C2烃总反应式可表示为          CH4 → 0.5n11C2H6+0.5n12C2H4+0.5n13C2H2+(2-1.5n11-n12-0.5n13)H2         ∆H1=(32.55n11+101.15n12+188.25n13)kJ/mol    (4-5)         式(4-5)中n11、n2、n3分别代表:n11为C2烃产物中C2H6的摩尔分数,mol/%; n12为C2烃产物中C2H4的摩尔分数,mol/%;n13为C2烃产物中C2H2的摩尔分数 mol/%。         CO应来源于反应式(4-6):         CO2 → CO + 0.5O2        ∆H2=283kJ/mol    (4-6)         显然,反应式(4-5)和式(4-6)均为吸热反应,其能量效率分别为         ηc2=[(∆H1 x Yc2  x F)/P ] x 100    (4-7)           ηco=[(∆H1 x Yco  x F)/P ] x 100    (4-8)           式中,P为plasma等离子体功率(kJ/s);F为原料气体摩尔流量(mol/s);P/F为能量密度(kJ/mol).         根据式(4-7)和式(4-8)获得能量效率与能量密度关系可见,脉冲电晕plasma等离子体可强化CO2氧化CH4反应,提高反应物转化率,对C2烃收率而言,能量效率随能量密度增加逐渐降低,且整体数值较低(ηc2为2%~4%;ηco为8%~9%)。因此在脉冲电晕plasma等离子体作用下CO2氧化CH4反应中不能单纯依靠提高能量密度提高产物收率,而应在不增加能量密度前提下,通过其他途径提高产物收率。

plasma等离子体能量密度对反应物CH4和CO2转化率C2烃CO收率的影响

【概要描述】        plasma能量密度对反应物CH4和CO2转化率、C2烃、CO收率的影响可见CH4和CO2转化率均随能量密度增大而呈上升趋势这意味着增加plasma等离子体功率和降低原料气流量,即增加能量密度,有利于提高CH和C02转化率。在能量密度为2200kJ/mol时,CH4和CO2转化率分别为43.6%和58.4%。
        增加能量密度虽有利于提高CH4和CO2转化率,既有利甲烷C-H键的断裂(4.5eV)和二氧化碳的C-O键的断裂(5.45eV),但对两者的影响并不相同。当能量密度低于1500KJ/mol时,相同试验条件下CH4转化率高于CO2转化率,说明在较低能量密度下,体系中高能电子的平均能量较低,多数电子能量与甲烷 C-H键的平均键能相近而低于二氧化碳C-O键的裂解能,因此CH4转化率高于CO2转化率。当能量密度高于1500 kJ/mol时,体系内电子平均能量上升,多数电子能量渐渐接近二氧化碳C-O键的裂解能,CO2转化率迅速提高。同时, CH4转化率随能量密度增加呈对数上升趋势,CO2转化率随能量密度增加呈直线上升趋势。这可能与甲烷、二氧化碳在plasma等离子体下裂解特性有关,甲烷为逐次裂解,即转化一个甲烷分子往往要消耗多个高能电子,二氧化碳主要为一次裂解,转化一个二氧化碳分子所消耗高能电子数低于甲烷。对甲烷转化而言应选择较低的能量密度。
        能量密度对C2烃、CO收率的影响,随能量密度增加两者均呈线性上升趋势,且CO收率的直线斜率明显高于C2烃收率的直线斜率。对于C2烃收率,当能量密度由350 kJ/mol 增至2200 k.J/mol时,C2烃收率由5.7%增至20.6%,增加近15个百分点。对于CO收率,当能量密度由350 kJ/mol增至2200 kJ/mol时,CO收率由11.6%增至76.4%,增加近65个百分点。这说明在实验所考察的能量范围内,提高能量密度,有利于提高C2烃和CO收率,但从能耗角度考虑,仅以产物收率衡量反应效率是不全面的,因此有必要引入能量效率这个物理量评价plasma等离子体作用下CO2氧化CH4转化反应。
        由于在实验条件下,未能得到CO2转化为C2烃的直接证据,可认为C2烃来源于甲烷的偶联反应:
        CH4 → 0.5C2H6+0.5H2    ∆H11 =32.55kJ/mol    (4-2)
        CH4 → 0.5C2H4+1H2    ∆H12=101.15kJ/mol    (4-3)
        CH4 → 0.5C2H2+1.5H2    ∆H13=188.25kJ/mol    (4-4)
        将上述三个反应式耦合并考虑到C2烃产物分布,甲烷偶联形成C2烃总反应式可表示为 
        CH4 → 0.5n11C2H6+0.5n12C2H4+0.5n13C2H2+(2-1.5n11-n12-0.5n13)H2
        ∆H1=(32.55n11+101.15n12+188.25n13)kJ/mol    (4-5)
        式(4-5)中n11、n2、n3分别代表:n11为C2烃产物中C2H6的摩尔分数,mol/%; n12为C2烃产物中C2H4的摩尔分数,mol/%;n13为C2烃产物中C2H2的摩尔分数 mol/%。
        CO应来源于反应式(4-6):
        CO2 → CO + 0.5O2        ∆H2=283kJ/mol    (4-6)
        显然,反应式(4-5)和式(4-6)均为吸热反应,其能量效率分别为
        ηc2=[(∆H1 x Yc2  x F)/P ] x 100    (4-7)  
        ηco=[(∆H1 x Yco  x F)/P ] x 100    (4-8)  
        式中,P为plasma等离子体功率(kJ/s);F为原料气体摩尔流量(mol/s);P/F为能量密度(kJ/mol).
        根据式(4-7)和式(4-8)获得能量效率与能量密度关系可见,脉冲电晕plasma等离子体可强化CO2氧化CH4反应,提高反应物转化率,对C2烃收率而言,能量效率随能量密度增加逐渐降低,且整体数值较低(ηc2为2%~4%;ηco为8%~9%)。因此在脉冲电晕plasma等离子体作用下CO2氧化CH4反应中不能单纯依靠提高能量密度提高产物收率,而应在不增加能量密度前提下,通过其他途径提高产物收率。

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  • 作者:等离子清洗机-CRF plasma等离子设备-等离子表面处理机厂家-诚峰智造
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  • 发布时间:2021-04-16 08:43
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plasma等离子体能量密度对反应物CH4和CO2转化率C2烃CO收率的影响:
        plasma能量密度对反应物CH4和CO2转化率、C2烃、CO收率的影响可见CH4和CO2转化率均随能量密度增大而呈上升趋势这意味着增加plasma等离子体功率和降低原料气流量,即增加能量密度,有利于提高CH和C02转化率。在能量密度为2200kJ/mol时,CH4和CO2转化率分别为43.6%和58.4%。

诚峰智造plasma等离子体能量密度
        增加能量密度虽有利于提高CH4和CO2转化率,既有利甲烷C-H键的断裂(4.5eV)和二氧化碳的C-O键的断裂(5.45eV),但对两者的影响并不相同。当能量密度低于1500KJ/mol时,相同试验条件下CH4转化率高于CO2转化率,说明在较低能量密度下,体系中高能电子的平均能量较低,多数电子能量与甲烷 C-H键的平均键能相近而低于二氧化碳C-O键的裂解能,因此CH4转化率高于CO2转化率。当能量密度高于1500 kJ/mol时,体系内电子平均能量上升,多数电子能量渐渐接近二氧化碳C-O键的裂解能,CO2转化率迅速提高。同时, CH4转化率随能量密度增加呈对数上升趋势,CO2转化率随能量密度增加呈直线上升趋势。这可能与甲烷、二氧化碳在plasma等离子体下裂解特性有关,甲烷为逐次裂解,即转化一个甲烷分子往往要消耗多个高能电子,二氧化碳主要为一次裂解,转化一个二氧化碳分子所消耗高能电子数低于甲烷。对甲烷转化而言应选择较低的能量密度。
        能量密度对C2烃、CO收率的影响,随能量密度增加两者均呈线性上升趋势,且CO收率的直线斜率明显高于C2烃收率的直线斜率。对于C2烃收率,当能量密度由350 kJ/mol 增至2200 k.J/mol时,C2烃收率由5.7%增至20.6%,增加近15个百分点。对于CO收率,当能量密度由350 kJ/mol增至2200 kJ/mol时,CO收率由11.6%增至76.4%,增加近65个百分点。这说明在实验所考察的能量范围内,提高能量密度,有利于提高C2烃和CO收率,但从能耗角度考虑,仅以产物收率衡量反应效率是不全面的,因此有必要引入能量效率这个物理量评价plasma等离子体作用下CO2氧化CH4转化反应。
        由于在实验条件下,未能得到CO2转化为C2烃的直接证据,可认为C2烃来源于甲烷的偶联反应:
        CH4 → 0.5C2H6+0.5H2    ∆H11 =32.55kJ/mol    (4-2)
        CH4 → 0.5C2H4+1H2    ∆H12=101.15kJ/mol    (4-3)
        CH4 → 0.5C2H2+1.5H2    ∆H13=188.25kJ/mol    (4-4)
        将上述三个反应式耦合并考虑到C2烃产物分布,甲烷偶联形成C2烃总反应式可表示为 
        CH4 → 0.5n11C2H6+0.5n12C2H4+0.5n13C2H2+(2-1.5n11-n12-0.5n13)H2
        ∆H1=(32.55n11+101.15n12+188.25n13)kJ/mol    (4-5)
        式(4-5)中n11、n2、n3分别代表:n11为C2烃产物中C2H6的摩尔分数,mol/%; n12为C2烃产物中C2H4的摩尔分数,mol/%;n13为C2烃产物中C2H2的摩尔分数 mol/%。
        CO应来源于反应式(4-6):
        CO2 → CO + 0.5O2        ∆H2=283kJ/mol    (4-6)
        显然,反应式(4-5)和式(4-6)均为吸热反应,其能量效率分别为
        ηc2=[(∆H1 x Yc2  x F)/P ] x 100    (4-7)  
        ηco=[(∆H1 x Yco  x F)/P ] x 100    (4-8)  
        式中,P为plasma等离子体功率(kJ/s);F为原料气体摩尔流量(mol/s);P/F为能量密度(kJ/mol).
        根据式(4-7)和式(4-8)获得能量效率与能量密度关系可见,脉冲电晕plasma等离子体可强化CO2氧化CH4反应,提高反应物转化率,对C2烃收率而言,能量效率随能量密度增加逐渐降低,且整体数值较低(ηc2为2%~4%;ηco为8%~9%)。因此在脉冲电晕plasma等离子体作用下CO2氧化CH4反应中不能单纯依靠提高能量密度提高产物收率,而应在不增加能量密度前提下,通过其他途径提高产物收率。

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