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摘 要

天然气作为一种新型能源，在全国乃至国外许多国家都有着高度的关注。天然气主要成分是CH₄，因此二氧化碳经过转化再利用转换为甲烷渐渐成为研究的热点。本文在总结、研究和探讨了前辈们的研究成果之后，利用介质阻挡放电实验装置，在常温常压条件下通过研究单双介质阻挡放电对辅助二氧化碳重整甲烷得到了一系列对比数据。

在介质阻挡放电的条件下，二氧化碳重整甲烷的实验产物分为三种，分别以气、液、固三种状态存在。气体产物——合成气（CO H₂）C₂-C₆饱和烃以及不饱和烃；液态产物——甲醇、乙醇为主的醇类、甲酸、丙酸以及丁酸等有机酸和一些酮酯醛等等；固态产物：一层黄色的聚合物的膜。其中醋酸的反应在甲烷和二氧化碳生成的液态产物中占得的组分最大。

本文分别进行了单介质和双介质DBD条件下的试验并通过分析实验现象和数据进行了一系列的对比。实验结果表明，同等输入功率下，双介质阻挡放电较单介质实验的放电周期更长，放电更加稳定，均匀，更有利于重整的进行。同等条件下，双介质阻挡放电比单介质阻挡放电的同一产物转化率、选择性更高。但是，单介质实验的同一产物产率要比双介质高，能量效率也比双介质实验要高。在这个基础之上，我们总结了单双介质阻挡放电辅助二氧化碳重整甲烷的意义，论证了其可行性。

关键词：单双介质阻挡放电 二氧化碳 甲烷 放电 产物 效率

Comparative Study of the Carbon dioxide Reforming Methane by Dielectric Barrier Discharge in Single and Double Dielectric

Abstract

Natural gas as a new type of energy, in the national scope and even many countries abroad have a high degree of concern. The main component of natural gas is CH₄, so the conversion of carbon dioxide to methane has gradually become a hot spot. In this paper, after summing up, studying and discussing the achievements of the predecessors, we use the experimental device of dielectric barrier discharge. A series of comparative data were obtained by studying the effect of single and double dielectric barrier discharge (DBD) on carbon dioxide reforming methane at room temperature and atmospheric pressure.

Under the condition of dielectric barrier discharge, the experimental products of carbon dioxide reforming methane can be divided into three kinds: gas, liquid and solid. Gaseous products-synthetic (CO H₂) C₂-C₆ saturated hydrocarbons and unsaturated hydrocarbons; liquid products-methanol, alcohols dominated by ethanol, organic acids such as formic acid, propionic acid and butyric acid, and some ketone esters and aldehydes; solid products: a yellow polymer film. The reaction of acetic acid is the largest in the liquid product of methane and carbon dioxide.

In this paper, experiments are carried out under the condition of single and double medium DBD, and a series of comparisons are made by analyzing the experimental phenomena and data. The experimental results show that under the same input power, the discharge period of the dual dielectric barrier discharge is longer than that of the single dielectric experiment, and the discharge is more stable and uniform, which is more conducive to the reformation. Under the same conditions, the dual dielectric barrier discharge has higher conversion and selectivity than the single dielectric barrier discharge. However, the yield of the same product of the single medium experiment is higher than that of the double medium, and the energy efficiency is also higher than that of the dual medium experiment.On this basis, we summarize the significance of single and double dielectric barrier discharge assisted carbon dioxide reforming methane, and prove its feasibility.

key words: Dielectric Barrier Discharge in Single and Double Dielectric; Carbon dioxide; Methane; Discharge; Product; Efficiency

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 CH₄简述 1

1.2 CO₂简述 2

1.3 等离子体简述 3

1.3.1 热等离子体 3

1.3.2 低温等离子体 4

1.4 课题研究现状和意义 8

1.4.1 研究现状 8

1.4.2 研究分析、展望和意义 11

1.5 课题内容和要求 11

第二章 实验的设计与装置的建立 13

2.1 实验反应装置图 13

2.1.1实验装置 13

2.1.2反应器装置 14

2.1.3 气态产物分析装置图 15

2.2 实验方法以及主要仪器用途 15

2.2.1 实验方法 15

2.2.2 主要仪器用途 15

2.3 分析方法 15

2.4 主要实验仪器及其型号 17

第三章 实验物理特性分析 18

3.1 单介质阻挡放电辅助二氧化碳重整甲烷的物理特性分析 18

3.1.1 电气特性 18

3.1.1.1 电流电压波形图 18

3.1.1.2 Lissajous图 20

3.1.2 发光特性 21

3.1.3 温度特性 21

3.2 双介质阻挡放电辅助二氧化碳重整甲烷的物理特性分析 22

3.2.1 电气性质 22

3.2.1.1 电流电压波形图 22

3.2.1.2 Lissajous图 24

3.2.2 发光特性 25

3.2.3 温度特性 25

3.3 单、双介质实验物理特性的比较分析 26

3.3.1 同等输入功率下单双介质实验电气特性的对比分析 26

3.3.2 同等输入功率下单双介质实验发光特性的对比分析 27

3.4 小结 28

第四章 实验化学特性分析 29

4.1 单介质阻挡放电辅助二氧化碳重整甲烷的化学特性分析 29

4.1.1 转化率 29

4.1.2 产率 30

4.1.3 选择性 31

4.2 双介质阻挡放电辅助二氧化碳重整甲烷的化学特性分析 32

4.2.1 转化率 32

4.2.2 产率 32

4.2.3 选择性 33

4.3 单、双介质阻挡放电实验的能量效率对比 34

4.4 小结 35

第五章 总结 36

参考文献 37

第一章 绪论

1.1 CH₄简述

天然气是由大量甲烷和少量乙烷构成的，储量丰厚，仅仅是世界各地已探明的天然气储量就已达到144.05万亿立方米之多。在二十一世纪新时期，天然气能源有望成为新型替代能源，可利用前景广阔。就目前而言，中国已探明的天然气储量达到了10.5万亿立方米，占据当今世界7.3%，资源非常丰富。经专家预测，天然气资源在世界能源结构中的占比将还有很大的上升空间。而甲烷作为天然气能源的重要来源以及化工原料之一，其在化工工程等领域将会受到越来越多的关注。国家已经提出加大油气开发力度的“油气并重”方针，加快天然气开发，因为它对于CH₄的开发和利用具有重要的经济意义^[1]。

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