电源参数和气体组分对低温等离子体转化煤层甲烷的影响

• 作者: 朱丽华 张悦 田瑶瑶 徐锋
• 来源期刊: 洁净煤技术
• 学科: 化学
• 关键词: 煤层甲烷 低温等离子体 输入电压 放电频率 CH_4转化率
• 年，卷（期）: 2023,（5）
• 所属期刊栏目: “2060碳中和”栏目
• 页码范围: 81-86
• 页数: 5页
• 分类号: TQ519,X936
• 语种: 中文
• DOI: 10.13226/j.issn.1006-6772.CH22022301

摘要

低温等离子体技术是实现CH_4固碳、减排的有效手段。然而，针对煤层CH_4的研究尚不深入。为探究低温等离子体转化煤层CH_4的影响因素及作用规律，构建了CH_4-N_2-O_2-H_2O试验体系，以刚玉为放电介质、螺纹状不锈钢棒为高压电极、钢丝网为低压电极，在1 mm放电间隙、长度200 mm的放电区域条件下，研究了输入电压、放电频率、CH_4体积分数对CH_4转化及产物生成的影响，并基于反应过程中活性物种发射光谱原位诊断，分析了主要产物的生成路径。结果表明，试验主要生成物为H_2、CO、CO_2、CH_3OH及C_2H_4、C_2H_6等C_2烃，且CH_4转化及产物分布受输入电压、放电频率和CH_4体积分数的影响，其原因为输入电压改变了DBD(介质阻挡放电)系统的注入能量及能量损耗，放电频率改变了反应器内流光放电的数量，CH_4体积分数改变了反应氧化环境；在试验研究范围内，较适宜的电源参数为输入电压75 V、放电频率9.8 kHz;以CH_3OH产率为考察指标时，较适宜的CH_4体积分数为35.4%;等离子体反应过程中产生CH_3·、CH_2·、CH·、C·、O·、OH·、H_γ、H_β、H_2和H_α等活性粒子，这些活性粒子与稳态分子作用，以及活性粒子之间相互作用生成产物分子。研究结果对深入研究煤层CH_4低温等离子体活化转化的工艺条件及反应机理具有重要意义。