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旋轉等離子噴槍作用下CH4和CO2為原料氣合成C2烴重整反應:
以CH4和CO2為原料氣合成C2烴是一個很有意義的反應。先CO2加氫的完全還原產物是CH4,部分還原產物是C2烴;此外CH4的完全氧化產物是CO2,部分氧化產物是C2烴,中間產物均為CHx,顯然這兩個反應是互為可逆的,如將CH4與CO2做好共活化,即CO2的存在將有利于CH4的部分氧化,同樣CH4的存在將抑制CO2的深度還原,共同作用的結果將有利于C2烴的生成。研究以CO2為氧化劑的CH4偶聯反應的意義在于:先提出了解決CH4難以活化的方法,為充分利用天然氣提供一條有效的途徑:此外,對CO2做好轉化利用,可在某種程度上減少溫室氣體的排放。因而,這項研究有著極大的學術價值和寬廣的應用價值。
CO2氧化CH4制C2烴這一合成路線已有報道,旋轉等離子噴槍作用下CO2氧化CH4制C2烴分為間接法和直接法,間接法先由CO2重整CH4反應生成CO和H2,再經費托合成制C2烴。Zhou等采用介質阻擋放電方式實現CO2重整CH4反應,在注入能量為87kW.h/(N?m3)時,甲烷轉化率為64%,二氧化碳轉化率為54%。
Gallon等和Pinhao等分別考察了DBD放電旋轉等離子噴槍作用下的CH4與CO2重整反應,研究結果均表明:重整反應所得主要產物為合成氣,只有少量的烴類生成(主要為C2H6)。但DBD放電旋轉等離子噴槍作用下CH4與CO2重整反應的反應物轉化率相對較低而反應能耗卻很高。Li等則分別考察了直流及交流電暈放電作用下的CH4與CO2重整反應。實驗結果表明:電暈放電等離子體作用下CH4與CO2重整反應可以獲得較高的反應物轉化率、H2選擇性及CO選擇性,相比而言直流正電暈放電所得反應物轉化率高,交流電暈次之,直流負電暈低。
Malik等和Gesser等分別在脈沖電暈等離子體和無聲放電等離子體條件下實現CO2重整CH4反應。直接法是由CH4和CO2步制C2烴,反應可在微波、流柱放電、射頻等離子體作用下實現。Liu采用流柱放電方式,以He為平衡氣(占總氣體流量的60%~80%),在一定的放電功率下,根據CO2與CH4摩爾比不同,甲烷轉化率介于20%~80%,二氧化碳轉化率介于8%~49%,C2烴收率介于20%~45%。陳棟梁等在微波plasma等離子體作用下直接轉化CH4和CO2,一步制取C2烴,反應主要C烴產物為C2H2和C2H6,等離子體功率增加有利于生成C2H2。Yao等采用旋轉等離子噴槍實現CO2氧化CH制C2烴反應,甲烷轉化率31%,二氧化碳轉化率24%,C2烴選擇性達64%。
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