等离子体重整甲烷—二氧化碳制合成气实验报告

“等离子体重整甲烷—二氧化碳制合成气”

实验报告

学生姓名： xxxxxxxxx 班 级： 2010级工艺x班 学 号： xxxxxxxxxxx 实验组号： 二班xx组 同组姓名： xxxxxxxxxxxxxxx 实验时间： xxxxxxxxxxxxxxxxxxx 指导老师： 印 永 祥

撰写实验报告时间：xxxxxxxxxxxxxxx日

四川大学化学工程学院

等离子体重整甲烷—二氧化碳制合成气

合成气，由H2/CO组成的混合气体，是生产甲醇、合成氨、乙酸、甲酸甲酯、二甲醚等多种化学产品的重要中间体。

以天然气为原料制备合成气的途径主要有甲烷水蒸气重整、CH4-CO2重整。如式（1）、（2）所示，

CH4?H2O?CO?3H2CH4?CO2?2CO?2H2?H?206kJ/mol (1) ?H?247kJ/mol (2)

前者称为湿法重整，生产1mol CO至少要消耗1mol CH4；后者称为干法重整，由于使用CO2为碳源制备化学品，生产1mol CO只需消耗1mol CH4。显然，干法重整减少温室气体排放，符合低碳经济大趋势，是今后合成气生产技术发展的方向。然而，CH4和CO2均为稳定的惰性分子气体，且CH4-CO2重整制合成气反应是一个强吸热反应，该反应往往需要采用非常规手段才能获得可观的反应速率。研究表明，催化技术路线和等离子体技术路线被认为是实现CH4-CO2重整最有效的手段。

1 实验目的

[1]、认识等离子体发生方法，理解等离子体诱导化学反应的一般原理； [2]、认识气体传输一般性常识，掌握高压气瓶、减压阀、管道输送、流量

控制、容器密封等化工使用方法；

[3]、学习使用气相色谱采集实验数据的原理与方法，并通过数据处理获得

反应转化率、选择性和收率。认识开展化工实验研究的一般方法；

2 实验内容

[1] 搭建实验流程

1、 原料供应控制系统，包括从钢瓶通过减压阀将气体输送到转子流

量计，从流量计计量后分别送入等离子体发生器和反应器； 2、 等离子体发生器与电源的连接，等离子体发生器及反应装置的循

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环冷却水连接，反应后气体产物的排出管道安装。

[2] 气相色谱分析原理与方法

1、 理解用气相色谱分析气体混合物的原理；

2、 掌握用气相色谱分析混合气体的方法，包括取样、进样，面积归

一法，外标法，校正因子等概念；

3、 根据气相色谱给出的各种气体的信息，使用校正因子计算混合气

体中各组分的百分含量；

[3] 实验运行、操作及实验数据处理

1、实验运行与记录，计算每次反应的转化率、选择性、收率。 2、完成实验报告或论文。

3 实验原理

热等离子体是指温度约为103~104K的部分电离气体，具有热焓值高、温度高等特点，能提供了一个能量集中、温度很高的反应环境，可为强吸热反应过程提供足够的能量并加速化学反应进程。

尽管甲烷和二氧化碳在常温下均为十分稳定的分子，但热力学计算表明，当温度超过1300K时，两者将发生快速的化学反应，其转化率将达到90%以上，且其产物主要是合成气。如图1所示。

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1.00.90.80.70.6 CH4 CO2 H2 CO H2O O2 C 摩尔量0.50.40.30.20.10.0500600700800900100011001200130014001500温度/K

图1 甲烷、二氧化碳体系的热力学平衡图 C/H/O=1:1.6:1.2（CH4/CO2=4:6）

4 实验装置及流程

实验设备：系统，30KW等离子体发生器，等离子体反应器，气相色谱，气体输送系统，换热系统。

实验消耗物料：瓶装氩气、氮气、二氧化碳、各2瓶。甲烷或天然气1瓶，气体输送管道为外径12mm的天然气软管50米。氧气减压阀3个，氢气减压阀1个。

实验流程如图2所示。

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图2 热等离子体实验系统流程示意图

Fig. 2 Schematic diagram of experimental setup with single-anode thermal plasma

1 plasma generator; 2 feed inlet ring; 3 adiabatic fixed bed reactor;

4 collector; 5 DC power supply; 6 gas chromatograph

5 实验步骤

[1]、实验前顺着每一根气体输送管道，梳理清楚分别对应输送的气体； [2]、检查系统安全，是否有漏电、漏气、漏水等安全隐患； [3]、开启系统冷却水，检查回流口是否正常出水；

[4]、开启送气系统，减压阀输出0.3MPa。调节阴极进料载气Ar为2 m3/h，

1atm；二阳极进气刻度分别为：CH4，0.45 m3/h、N2，1 m3/h（初始流量为3 m3/h，后逐步调小）、CO2，1.1 m3/h，表压为0.007MPa； [5]、 开启等离子体放电电源，正常后，调节电流为180A；

[6]、三阳极进气刻度分别为：CO2，1.47m3/h、CH4，0.6 m3/h，表压为

0.005MPa，总流量2m3/h。

[7]、实验取样过程中，需一名同学戴手套捂住装置气体出口，另一名同学去

的一组反应后的气体；关闭等离子放电电源，待稳定后同上去的一组反应前的气体。

[8]、对上述两组气体进行气相色谱仪分析。

6 数据采集与处理

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5nqh.html