甲烷和甲醇在介質(zhì)阻擋放電等離子體中的反應(yīng).pdf

1、基于CH4和CH3OH等替代原料的化學(xué)品生產(chǎn)新途徑對于緩解石油資源短缺問題和日益嚴(yán)重的環(huán)境問題具有重要意義。本文圍繞CH4制高碳烴和CH3OH直接合成乙二醇開展了系統(tǒng)的介質(zhì)阻擋放電等離子體反應(yīng)研究，主要研究工作和結(jié)果如下:
　　1.在CH4介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)研究中，首先系統(tǒng)研究了反應(yīng)條件以及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對CH4轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物分布的影響。結(jié)果表明，反應(yīng)條件和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對CH4轉(zhuǎn)化率和高碳烴產(chǎn)物選擇性的影響可以主要?dú)w結(jié)為等離子體的電

2、子密度的影響。
　　2.用發(fā)射光譜在CH4介質(zhì)阻擋放電等離子體中檢測到了CH、C2和H激發(fā)態(tài)物種的光譜信號。根據(jù)激發(fā)態(tài)CH物種光譜信號強(qiáng)度與CH4放電反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的線性關(guān)系推斷，在介質(zhì)阻擋放電條件下，CH4活化是在CH自由基參與下進(jìn)行的。CH自由基與CH4反應(yīng)生成C2H5自由基很可能是CH4活化的主要反應(yīng)。
　　3.在CH3OH介質(zhì)阻擋放電研究中，通過設(shè)計(jì)金屬地極雙介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器和以氫氣作載氣得到了乙二醇產(chǎn)物。在CH3OH

3、流量0.02 mL/min，H2流量80 mL/min，放電頻率12.0 kHz，注入功率11W，反應(yīng)溫度300℃，反應(yīng)壓力0.1 MPa的優(yōu)化條件下，CH3OH轉(zhuǎn)化率可達(dá)15.8％，乙二醇選擇性可達(dá)71.5％左右，根據(jù)注入功率折算出的合成乙二醇能量效率約為42.55 g/kWh。在100 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中，上述反應(yīng)性能指標(biāo)穩(wěn)定。
　　4.根據(jù)發(fā)射光譜的原位診斷結(jié)果推測，在CH3OH介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)中，H2在放電區(qū)通過自由電子的累

4、積激發(fā)解離為H原子，H原子與CH3OH分子碰撞并選擇性解離其C-H鍵，生成CH2OH自由基(H+ CH3OH→CH2OH+ H2)，兩個(gè)CH2OH自由基復(fù)合生成了乙二醇目的產(chǎn)物。在此過程中，H2通過H原子參與CH2OH自由基生成反應(yīng)并降低其活化能，當(dāng)離開放電區(qū)后H原子又回復(fù)到H2狀態(tài)，自身不被消耗。這些特征以及H2能同時(shí)提高甲醇轉(zhuǎn)化率和乙二醇選擇性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明H2在CH3OH直接合成乙二醇的反應(yīng)中具有催化作用。
　　5.反應(yīng)條件