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plasma等离子体能量密度对H2气氛下C2H6脱氢反应的影响

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发布时间:

2021-04-13

plasma等离子体能量密度对H2气氛下C2H6脱氢反应的影响:
        plasma等离子体能量密度为860 kJ/mol时,H2添加量对C2H6脱氢反应的影响:随着H2浓度增加,C2H6转化率,C2H2、C2H4和CH4收率均有所增加,这表明H2的加入有利于C2H6转化及C2H2、C2H4和CH4生成。产生上述结果的可能原因是:一方面氢气因其导热性好,可大量传递热量,在乙烷plasma等离子体中起稀释气体作用;另一方面氢气的H-H键断裂能为4.48eV,故当高能电子与 H2分子非弹性碰撞时,H2分子吸收能量导致H-H键断裂,生成活泼态的氢原子。活泼氢原子可从C2H6夺取氢,生成C2H5自由基,其身生成H2。活泼氢原子的进一步夺氢及自由基的重组反应导致C2H4和C2H2生成。同时C2H6自身与高能电子的非弹性碰撞更易导致其C-C键断裂,生成中基目田基,为CH4形成奠定基础。因此与plasma等离子体作用下单纯C2H6脱氢相比,C2H6转化率,C2H2、C2H4和CH4的收率随H2浓度增加明显上升。向C2H6中添加H2的力一个优势是抑制了积碳的生成。

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        plasma等离子体能量密度对H2气氛下C2H6脱氢反应的影响如表3-2所示。随着等离子体注入功率的增加,C2H6转化率迅速增加,这是由于当等离子体能量密度增加时,等离子体中电子能量和电子密度均随之增大,高能电子与H2发生非弹性碰脱撞概率增加,因此产生活性物种概率增加,导致C2H6转化率增加,其他生成产物所需的各种CHx及C2Hx自由基浓度增加,促进了C2H4、C2H2生成量的增加。在plasma等离子体能量密度为860kJ/mol时,乙烷转化率可达59.2%,乙烯收率和乙炔收率之和达37.9%。但同时也应注意到,随着等离子体能量密度的增加,生成C2H4和C2H2的选择性逐渐降低,并有较多的积碳在反应器璧生成。为获得较高的能量效率,应选择合适的plasma等离子体能量密度,而非能量密度越高越好。
表3-2等离子体能量密度对H2气氛下C2H6反应的影响

Ed/(kJ/mol) XC2H6/%  YCH4/% YC2H4/% YC2H2/%
320 37.6 2.6 3.7 10.6
640 45.2 6.1 8.7 21.2
860 59.2 7.0 9.2 28.7
1000 61.6 7.9 9.6 34.6

     注:反应条件为C2H6/H2=2

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