收藏本站
《大连理工大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

等离子体—催化作用下甲烷无氧转化制芳烃和氢

李小松  
【摘要】: 甲烷无氧芳构化可同时产生作为洁净能源的氢气和作为有机化工基本原料的芳烃。本论文通过等离子体—催化两段式或一段式的结合,实现了甲烷在无氧和较低的温度条件下向芳烃的转化。 1)本论文首先考察了产生大气压非平衡等离子体几种典型的放电方式对甲烷无氧转化的影响。在四种不同放电(脉冲流光放电、脉冲火花放电、交流介质阻挡放电、单极性脉冲介质阻挡放电)方式下,甲烷无氧转化的主要产物都是C_2烃和氢气,仅有极少量的芳烃生成。在这几种放电方式下,转化甲烷、生成乙炔(脉冲流光和脉冲火花放电时)或乙烷(介质阻挡放电时)和生成氢气所需的能耗均随着甲烷转化率的增加而增加。在脉冲火花放电时,当甲烷转化率从18%增加到69%,相应的比能耗为:转化每个甲烷分子14~25 eV,生成每个乙炔分子35~65 eV,生成每个氢分子10~17 eV。在脉冲流光放电时,当甲烷转化率从19%增加到41%,相应的比能耗为:转化每个甲烷分子17~21 eV,生成每个乙炔分子38~59 eV,生成每个氢分子12~19 eV。在介质阻挡放电方式中,乙烷是主要的产物;相应地,应该考察生成乙烷的比能耗。对脉冲介质阻挡放电,随着甲烷转化率从6%增加到13%,转化每个甲烷分子需38~57eV,生成每个乙烷分子为137~227 eV,生成每个氢分子为47~75 eV。对交流介质阻挡放电,随着甲烷转化率从5%增加到8%,转化每个甲烷分子需116~175eV,生成每个乙烷分子为446~637 eV,生成每个氢分子为151~205 eV。脉冲流光和脉冲火花放电发射光谱的研究表明乙炔的高选择性应该与C_2自由基有关。在脉冲流光放电和介质阻挡放电的放电区引入载体会促进甲烷的转化和C_2烃的生成。 2)本论文首次开展了在等离子体—催化两段式反应器内甲烷无氧转化为芳烃和氢的研究,即甲烷先经等离子体转化后的产物再经过催化剂区进一步转化。采用脉冲火花放电等离子体与Ni/HZSM-5催化剂相结合的两段方式,实现了甲烷在较低的催化剂温度(300~400℃)下转化为芳烃和氢;并且考察了Ni的担载量、反应温度和反应时间等条件对芳烃选择性的影响。当脉冲火花放电的比输入能量为68.6 kJ/L和n_(H_2)/n_(CH_4)为1时,在Ni(1 wt.%)/HZSM-5催化剂上400℃和反应300 min内,甲烷转化率、芳烃和氢收率的平均值分别为72.1%、32.7%和41.2%。另外,程序升温反应的结果表明,HZSM-5催化剂上的Bronsted酸位对乙炔转化为芳烃起了关键的作用,Ni的引入明显地促进了乙炔的转化和芳烃的生成。 3)本论文探索了在等离子体—催化一段结合方式下甲烷无氧转化为芳烃的过程。采用介质阻挡放电和Mo/HZSM-5催化剂一段式结合的结果表明,介质阻挡放电对甲烷芳构化的促进作用非常有限。采用脉冲流光放电和Ni/HZSM-5催化剂一段式结合的方式,可以实现甲烷在较低的温度下(250~350℃)向芳烃的转化。芳烃的选择性与Ni的担载量、反应温度和反应时间等条件有关。当脉冲流光放电比输入能量为50.0 kJ/L和n_(H_2)/n_(CH_4)为1时,在Ni(0.5 wt.%)/HZSM-5催化剂上300℃和反应300 min内,甲烷转化率和芳烃收率的平均值分别为41.4%和15.0%。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O643.3

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王林胜,徐奕德,陶龙骧,刘安明,李大明;轻烃在改性ZSM-5催化剂上转化成芳烃与低碳烯烃的选择性控制[J];催化学报;1996年06期
2 刘中民,陈国权,王清遐,梁娟,蔡光宇;分子筛催化剂的失活与积炭[J];催化学报;1994年04期
3 庄益平,吴迪镛;苯与乙烯在ZSM-5上的烷基化反应──Ⅰ.动力学规律及反应机理[J];催化学报;1994年01期
4 吕功煊,丁彦,潘霞,李树本;水蒸气存在时Mo/HZSM 5催化剂上的甲烷芳构化反应性能[J];催化学报;1999年06期
5 王继乾,邓文安,周家顺,阙国和;悬浮床加氢裂化残渣油中固体物质的分析[J];石化技术与应用;2002年05期
6 朱爱民,宫为民,张秀玲,张报安;脉冲电晕等离子体作用下甲烷偶联反应──Ⅰ.无氧气氛下[J];中国科学B辑;2000年02期
7 王保伟,许根慧;介质阻挡放电等离子体催化天然气偶联制C_2烃[J];中国科学B辑;2002年02期
8 朱爱民,张秀玲,李小松,宫为民;脉冲电晕等离子体作用下甲烷“超平衡”转化制乙炔和氢[J];中国科学B辑;2002年02期
9 卓润生,程昌瑞,谭长瑜;低碳烃芳构化过程中HZSM-5催化剂结炭规律的研究[J];燃料化学学报;1995年02期
10 程昌瑞,谭长瑜,彭少逸;低碳烷烃合成芳烃的研究[J];燃料化学学报;1995年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭静,张军,蹇锡高,顾彪;低温等离子体在CF/树脂基复合材料中的应用[J];工程塑料应用;1998年11期
2 邹德恕,徐晨,鲁鹏程,杜金玉,崔碧峰,舒雄文,刘莹,沈光地;射频溅射法镀LD腔面光学薄膜的工艺研究[J];半导体光电;2003年06期
3 杨国伟;离子镀光学薄膜的等离子体物理过程[J];半导体光电;1996年01期
4 杨国伟;高频辉光放电等离子体系统中自负偏压现象的数学解析[J];半导体技术;1998年04期
5 朱立群,钟群鹏,杉山和夫;等离子体处理对非晶态合金镀层表面改性研究[J];北京航空航天大学学报;1998年02期
6 付亚波;陈强;葛袁静;;等离子体制备低表面能薄膜性能研究[J];北京理工大学学报;2005年S1期
7 庞华,葛袁静,张跃飞,张广秋;射频等离子体自偏压及其对聚合成膜的影响[J];北京印刷学院学报;2003年04期
8 吕元,徐竹生,林励吾,臧连发,高永敏,田志坚,张涛;甲烷芳构化的内标分析法与放大回收实验[J];催化学报;1999年03期
9 吕功煊,丁彦,潘霞,李树本;水蒸气存在时Mo/HZSM 5催化剂上的甲烷芳构化反应性能[J];催化学报;1999年06期
10 陈军,张鎏,康慧敏;丙烷芳构化催化剂Zn/HZSM-5中助剂锌的稳定性[J];催化学报;2000年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王德禧;;低温等离子体在聚合物材料中的应用[A];2005塑料助剂生产与应用技术信息交流会论文集[C];2005年
2 阮建军;施耀;;一种新型的除臭技术——非平衡等离子体[A];中国环境保护优秀论文精选[C];2006年
3 杨媛媛;姚本镇;刘殿华;房鼎业;;Mo/HZSM-5上甲烷无氧芳构化催化剂制备的研究[A];上海市化学化工学会2006年度学术年会论文摘要集[C];2006年
4 韩可琦;王玉浚;;中国能源消费的特点与发展趋势[A];新能源与可再生能源的开发与利用——江苏省能源研究会第五届会员代表大会暨第九届学术年会论文集[C];2003年
5 顾立军;马丁;姚颂东;张贺;申文杰;包信和;;ZSM-5与SiC原位水热复合及其在甲烷芳构化反应中的独特性能[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
6 付亚波;陈强;葛袁静;;等离子体制备低表面能薄膜性能研究[A];中国物理学会静电专业委员会第十二届学术年会论文集[C];2005年
7 杨俊;张铭金;邓风;;固体核磁共振研究甲烷在Mo/HZSM-5上的芳构化反应(英文)[A];第十二届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2002年
8 白杰;刘盛林;谢素娟;徐龙伢;林励吾;;甲烷芳构化反应中Mo/MCM-22和Mo/ZSM-5催化剂的比较[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年
9 宋月芹;吴治华;谢素娟;安杰;王清遐;徐龙伢;;分子筛催化剂上丁烯低温芳构化性能的研究[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年
10 代斌;陈韩飞;李金平;张家良;宫为民;;脉冲电晕等离子体条件下甲烷偶联反应的机理[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 唐军旺;微波辐射下NO转化的研究[D];中国科学院大连化学物理研究所;2001年
2 柴红;微孔聚丙烯膜的亲和改性及固定金属离子亲和膜的制备和应用[D];浙江大学;2001年
3 徐云鹏;微波技术在甲烷转化过程中的应用[D];中国科学院大连化学物理研究所;2001年
4 袁山东;MoCx/HZSM-5催化剂上甲烷和丁烷的芳构化反应研究[D];中国科学院大连化学物理研究所;2001年
5 张秀玲;等离子体催化共活化CH_4-CO_2制C_2烃反应研究[D];大连理工大学;2002年
6 魏文韫;高速气雾两相流弛豫过程相间动量传递研究[D];四川大学;2002年
7 代斌;等离子体催化二氧化碳经甲烷化制C_2烃反应的研究[D];大连理工大学;2002年
8 蒋剑春;生物质热化学转化行为特性和工程化研究[D];中国林业科学研究院;2003年
9 吕永康;等离子体热解煤制乙炔及热力学和动力学分析[D];太原理工大学;2003年
10 金郡潮;羊毛织物等离子体表面改性的研究[D];东华大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋光明;太阳能在多高层住宅建筑中的应用研究[D];河北工业大学;2005年
2 朱丹;改性ZSM—5催化剂合成吡啶及其衍生物的研究[D];辽宁师范大学;2001年
3 欧阳南;合成吡啶碱催化剂失活和再生行为的研究[D];浙江大学;2003年
4 代斌;等离子体—催化活化二氧化碳制低碳化合物的研究[D];大连理工大学;2000年
5 何欢;高频离子氮化的工艺研究[D];大连理工大学;2000年
6 蒋永锋;铝合金微弧氧化陶瓷层的制备工艺及陶瓷层生长过程的研究[D];西安理工大学;2001年
7 杨坤进;射频辉光放电等离子体空间特性的探针研究[D];汕头大学;2001年
8 程新利;Fe-Zr-B磁性薄膜的制备与研究[D];苏州大学;2001年
9 叶超;α-C:F薄膜的沉积、结构与介电性质研究[D];苏州大学;2001年
10 刘红梅;甲烷脱氢芳构化:Mo基分子筛催化剂上积炭的研究[D];中国科学院大连化学物理研究所;2001年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 王保伟,许根慧,刘昌俊;等离子体技术在天然气化工中的应用[J];化工学报;2001年08期
2 白敏菂,谷建龙,张芝涛,杨波,白希尧;高气压强电场电离过程中的离子浓度分布规律[J];核聚变与等离子体物理;2005年03期
3 朱爱民,宫为民,张秀玲,张报安;脉冲电晕等离子体作用下甲烷偶联反应──Ⅰ.无氧气氛下[J];中国科学B辑;2000年02期
4 朱爱民,张秀玲,李小松,宫为民;脉冲电晕等离子体作用下甲烷“超平衡”转化制乙炔和氢[J];中国科学B辑;2002年02期
5 田霖;;天然气化工利用现状及发展动向[J];化工科技;2006年03期
6 杨恩翠,郝金库,王保伟,许根慧;甲烷等离子体偶联合成碳二烃反应过渡态和反应途径的理论研究[J];天津师范大学学报(自然科学版);2002年01期
7 张芝涛,鲜于泽,白敏冬,赵艳辉,董克兵;电荷电压法测量DBD等离子体的放电参量[J];物理;2003年07期
8 白希尧 ,白敏冬 ,张芝涛 ,杨波;非平衡等离子体化学研究进展[J];中国基础科学;2003年06期
9 白希尧 ,白敏冬 ,杨波 ,张芝涛 ,周建纲;强电场中离子运动规律及应用基础研究进展[J];中国基础科学;2004年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张芝涛;大气压窄间隙DBD等离子体源与应用基础研究[D];东北大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 黄珍;介质阻挡放电条件下甲烷二氧化碳重整制备合成气的研究[D];大连理工大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陶克毅,臧雅茹,赵迎宪,关乃佳,李赫晅;用过渡应答技术研究HZSM-5催化剂上苯和乙烯合成乙苯及乙烯吸附动力学[J];催化学报;1983年04期
2 黄玉英,张国泰,吴指南;在AF-5分子筛催化剂上苯烷基化反应的失活动力学研究[J];催化学报;1987年02期
3 王清遐,蔡光宇,黄祖贤,刘玉生,张淑蓉,魏永祯,李峰;催化裂化干气中乙烯制乙苯的催化剂研究[J];催化学报;1990年03期
4 张一平,丁云杰,郑小明,费金华;甲烷直接芳构化反应的研究Ⅰ.负载Mo基催化剂在无氧条件下的催化性能[J];催化学报;1996年03期
5 刘自力,林维明,王琪莹,林绮纯;甲烷在铕改性Mo/HZSM-5催化剂上的直接芳构化反应 Ⅰ.制备条件及反应性能的考察[J];催化学报;1998年03期
6 张春雷,李爽,彭艳兵,袁艺,王海峰,吴通好,张文祥,林励吾;铜离子交换改性沸石催化剂上甲烷的非氧芳构化[J];催化学报;1998年05期
7 朱爱民,师华,宫为民,张报安,阮桂色;低温等离子体应用于甲烷的直接转化[J];化学通报;1997年09期
8 朱爱民,宫为民,张秀玲,张报安;脉冲电晕等离子体作用下甲烷偶联反应──Ⅰ.无氧气氛下[J];中国科学B辑;2000年02期
9 周家顺,邓文安,梁士昌,刘东,阙国和;渣油悬浮床加氢裂化与固定床加氢脱硫工艺的比较[J];炼油设计;2001年02期
10 刘中民,陈国权,梁娟,王清遐;甲醇转化过程中的积炭行为[J];燃料化学学报;1988年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵华明;;甲烷转化为C_2烃的新型催化剂[J];化学研究与应用;1991年02期
2 朱慧贤;王少君;马英冲;;离子液体在甲烷催化体系中的稳定性研究[J];大连工业大学学报;2008年03期
3 刘永卫;;非平衡等离子体在甲烷转化中的应用[J];中国高新技术企业;2009年13期
4 ;美科学家研发甲烷转化为乙烷和二氧化碳还原为甲醇新型催化剂[J];天然气化工(C1化学与化工);2010年06期
5 龙华丽;尚书勇;印永祥;戴晓雁;;冷等离子体在甲烷转化中的研究进展[J];广东化工;2009年10期
6 南景富;冯晓九;牛广林;;沼气罐装技术综述[J];油气田地面工程;2006年12期
7 王达望,马腾才,崔锦华;低温等离子体催化甲烷转化的工艺研究进展[J];化工学报;2003年09期
8 ;法国开发甲烷转化制烷烃新型催化剂[J];金山油化纤;2005年01期
9 姚本镇;陈瑾;刘殿华;房鼎业;;甲烷无氧芳构化的热力学研究[J];化学世界;2007年10期
10 Park L.Morse ,辛宝丰;水蒸汽甲烷转化制取合成气的新工艺计算法[J];化学工程;1974年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陶旭梅;刘改焕;齐凤伟;李代红;印永祥;;等离子体在催化反应中的应用[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
2 徐春蕾;董家騄;杨鸿生;孙永志;沈长圣;孙德坤;彭艳军;郑福萍;杨春;;微波等离子体催化甲烷偶联反应[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年
3 闫明;高帅;张秀玲;;等离子体催化协同作用CO_2氧化乙烷反应研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
4 王丽;赵越;易颜辉;赵斌;刘春燕;苏际;刘文欢;宫为民;郭洪臣;;等离子体催化氨气裂解制氢:分子筛及无定形氧化物的载体效应研究[A];第十五届全国分子筛学术大会论文集[C];2009年
5 彭晓培;董红敏;;动物粪便甲烷排放量的估算及减排[A];京津冀畜牧兽医科技创新交流会暨新思想、新观点、新方法论坛论文集[C];2008年
6 彭晓培;董红敏;;动物粪便甲烷排放量的估算及减排[A];良好农业规范与畜牧业健康发展——中国畜牧兽医学会家畜生态学分会第六届理事会暨学术研讨会论文集[C];2006年
7 王育;刘昌俊;张月萍;;介质阻挡放电等离子体二甲醚增强甲烷转化的研究[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2004年
8 宋哲建;王德峥;;甲烷转化体系的热力学平衡收率上限计算[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
9 龙恩艳;王云;张晓玉;李移乐;龚茂初;陈耀强;;Zr基单Pd催化剂用于贫燃天然气汽车尾气净化的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
10 王慧贤;高志明;;热扩散作用对甲烷转化反应的影响[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 姚耀;打开天然气煤层气利用新的大门[N];中国化工报;2006年
2 尹杰;陶氏大力推进甲烷制化学品研究[N];中国化工报;2008年
3 石关;碘催化氧化甲烷制甲醇催化剂[N];中国石化报;2003年
4 ;“选择活化”、“定向转化”使甲烷升值[N];科技日报;2005年
5 闫俊荣;山西“煤化标志性工程”投产[N];中国化工报;2007年
6 杜华斌;加科学家发现新甲烷氧化菌[N];科技日报;2007年
7 马鹏起;打开镧镨的应用 寻找钇钆的出路(下)[N];中国有色金属报;2005年
8 兴化;甲烷气液化关键技术获突破[N];中国化工报;2009年
9 钟竞;一些国家看好煤化工前景[N];中国煤炭报;2008年
10 特约记者 王爱军;天脊合成氨装置引入等温低变换工艺[N];中国化工报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王康军;等离子体—催化甲烷无氧转化制乙烯的研究[D];大连理工大学;2008年
2 李小松;等离子体—催化作用下甲烷无氧转化制芳烃和氢[D];大连理工大学;2007年
3 王丽;等离子体催化氨分解制氢的协同效应研究[D];大连理工大学;2013年
4 赵宇含;非平衡等离子体转化甲烷的研究[D];中国科学技术大学;2008年
5 徐云鹏;微波技术在甲烷转化过程中的应用[D];中国科学院大连化学物理研究所;2001年
6 代斌;等离子体催化二氧化碳经甲烷化制C_2烃反应的研究[D];大连理工大学;2002年
7 张秀玲;等离子体催化共活化CH_4-CO_2制C_2烃反应研究[D];大连理工大学;2002年
8 李路;分子筛的非寻常电子转移过程及其光驱动甲烷转化研究[D];吉林大学;2012年
9 郑海涛;甲烷和丙烷混合烷烃的无氧芳构化反应及其催化剂研究[D];浙江大学;2004年
10 敖先权;熔盐体系中甲烷还原氧化锌制取合成气和金属锌的基础研究[D];昆明理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 任树强;介质阻挡放电等离子体转化甲烷的研究[D];天津大学;2006年
2 陈韩飞;临氢条件下等离子体—催化甲烷偶联制C_2烃的研究[D];石河子大学;2006年
3 丁卓;离子液体在等离子体甲烷转化过程中作用的研究[D];大连轻工业学院;2007年
4 张钦;微波等离子体偶联甲烷制C2烃的研究[D];东南大学;2005年
5 任淑华;负载纳米金属簇的制备、表征及催化性能研究[D];太原理工大学;2003年
6 郭强;等离子体和催化技术协同转化空气中甲烷的研究[D];天津大学;2008年
7 胡淼;在直流放电等离子体中甲烷转化为碳二烃的研究[D];西北大学;2005年
8 潘大海;甲烷两步转化反应中负载Pt催化剂的载体效应[D];太原理工大学;2004年
9 刘春阳;等离子体催化氨气裂解制氢的研究[D];大连理工大学;2006年
10 刘永卫;甲烷和水蒸汽介质阻挡放电转化研究[D];天津大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026