等離子催化甲烷蒸汽重整實驗與數(shù)值研究.pdf

1、燃氣輪機化學回熱循環(huán)是一種新的先進循環(huán)方式?；瘜W回熱器是化學回熱循環(huán)的核心部件，在其中完成了甲烷和水蒸氣的蒸汽重整反應。
　　 燃氣輪機化學回熱循環(huán)排氣溫度為500度左右，甲烷蒸汽重整鎳基催化劑的最佳溫度為700度左右。采用常規(guī)催化劑催化的方式設計化學回熱器，催化劑效率較低，甲烷蒸汽重整轉化率較低。除此之外，常規(guī)催化劑催化方式設計的化學回熱器還具有回熱器尺寸大、催化劑易失活等缺點。低溫等離子催化具有低能耗、無顆粒污染物等優(yōu)點，故

2、本文采用低溫等離子催化的方式。
　　 本文設計并加工了介質阻擋放電發(fā)生器，設計并進行了低溫等離子催化甲烷蒸汽重整的實驗，對停留時間、電壓、頻率和溫度對甲烷蒸汽重整的影響進行了研究。實驗發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)物中主要組分為H2，CO，高碳烴。高碳烴的主要成分為C2H6。低溫等離子催化甲烷蒸汽重整反應在反應停留時間達到0.71s時達到穩(wěn)定，甲烷轉化率約為26％。生成氣體中甲烷含量此時約為66.4％，一氧化碳為2.7％，氫氣為21.6％，高碳烴約為

3、11％。經(jīng)過計算的生成物低熱值有明顯增加，且隨反應停留時間的增加而增加，最大增加百分比為3％左右。甲烷的轉化率隨著介質阻擋放電氣隙電場強度和頻率的升高而升高。氫氣選擇性隨介質阻擋放電氣隙電場強度的增加而增加；一氧化碳的選擇性隨介質阻擋放電氣隙電場強度的增加而減小。氫氣選擇性隨介質阻擋放電頻率的變化不甚明顯；一氧化碳的選擇性隨介質阻擋放電頻率的增加而減小。低溫等離子催化甲烷蒸汽重整反應與反應體系溫度沒有直接影響。反應深度、反應選擇性、低熱

4、值增加量的結論為等離子催化化學回熱器的設計和優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。
　　 本文提出了甲烷蒸汽重整低溫等離子催化的化學模型，并采用COMSOLMultiphysics軟件對介質阻擋放電甲烷蒸汽重整的組分濃度和放電特性進行了數(shù)值研究。計算發(fā)現(xiàn)：活性物HCO的濃度變化(質量分數(shù))有明顯的周期性，但是其濃度在一個周期內并沒有明顯的變化，濃度變化范圍隨電壓、頻率和氣體間隙增大而增大。電場強度的變化呈現(xiàn)明顯的周期性，且放電間隙中的電場強度明顯