磁旋轉(zhuǎn)弧等離子體溫度診斷及其在甲烷重整反應(yīng)的應(yīng)用.pdf

1、熱等離子體具有電熱轉(zhuǎn)化效率高、反應(yīng)溫度高、能量密度集中、氣氛環(huán)境可調(diào)控等特點(diǎn)，是一種前沿的化工強(qiáng)化手段，被廣泛應(yīng)用于乙炔、合成氣的制備及固體廢棄物處理等方面。熱等離子體反應(yīng)器內(nèi)的溫度分布情況是影響反應(yīng)效率的關(guān)鍵性因素，然而熱等離子體的溫度可達(dá)2000～20000 K，同時(shí)反應(yīng)器往往要求具有良好的氣密性，這使得反應(yīng)器內(nèi)的溫度分布難以通過常規(guī)檢測(cè)手段獲得。本文首次采用發(fā)射光譜診斷技術(shù)對(duì)磁旋轉(zhuǎn)弧等離子體炬內(nèi)純氣體進(jìn)料狀況下以及涉及化學(xué)反應(yīng)進(jìn)料

2、狀況下的溫度分布進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬研究結(jié)果，闡明了操作條件對(duì)溫度分布和產(chǎn)物組成的影響規(guī)律，揭示了磁旋轉(zhuǎn)弧等離子體炬這類熱等離子體反應(yīng)器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿Α?br>　　采用發(fā)射光譜診斷技術(shù)對(duì)純氬氣進(jìn)料條件下的磁旋轉(zhuǎn)弧等離子體進(jìn)行診斷，探究了不同操作條件對(duì)等離子體溫度的影響。研究表明，等離子體溫度與電子溫度近似相等，在10000 K以上。提高輸入功率以及減小進(jìn)氣量均可以提高等離子體溫度，增加磁感應(yīng)強(qiáng)度有利于形成均勻的熱等離子體。

3、采用Fluent軟件對(duì)該體系的溫度分布進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)模擬，所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合良好。
　　利用磁旋轉(zhuǎn)弧等離子炬重整甲烷二氧化碳制取合成氣，采用發(fā)射光譜診斷技術(shù)研究等離子炬內(nèi)的溫度分布信息。研究表明，隨著原料中CH4濃度的增加，CH4轉(zhuǎn)化率和CO選擇性持續(xù)降低，H2選擇性持續(xù)上升，而CO2的轉(zhuǎn)化率則先增后減，等離子體溫度隨之下降;隨著輸入功率的增加，CH4轉(zhuǎn)化率、CO2轉(zhuǎn)化率、CO選擇性都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而H2選擇性則先上升后下降，等

4、離子體溫度隨之上升;隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物選擇性上升，熱等離子體溫度分布更加均勻。
　　通過Chemkin-PRO軟件對(duì)磁旋轉(zhuǎn)弧等離子炬重整甲烷二氧化碳的轉(zhuǎn)化率、收率和溫度進(jìn)行數(shù)值模擬，不同CH4/CO2比例下CH4轉(zhuǎn)化率和H2收率的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合良好，CO2轉(zhuǎn)化率及CO收率在變化趨勢(shì)上與實(shí)驗(yàn)較為一致。隨著輸入功率、體系壓力以及陽極內(nèi)徑的增加，CH4轉(zhuǎn)化率、CO2轉(zhuǎn)化率、H2收率以及CO收率均隨之增加，但過高的輸