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
单位

黑龙江科技大学安全工程学院
摘要

低温等离子体技术是实现CH4固碳、减排的有效手段。然而，针对煤层CH4的研究尚不深入。为探究低温等离子体转化煤层CH4的影响因素及作用规律，构建了CH4-N2-O2-H2O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、CH4体积分数对CH4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H2、CO、CO2、CH3OH及C2H4、C2H6等C2烃，且CH4转化及产物分布受输入电压、放电频率和CH4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，CH4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CH3OH产率为考察指标时，较适宜的CH4体积分数为35.4%；等离子体反应过程中产生CH3·、CH2·、CH·、C·、O·、OH·、Hγ、Hβ、H2和Hα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CH4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。
关键词

煤层甲烷低温等离子体输入电压放电频率 CH4转化率
引用格式

朱丽华，张悦，田瑶瑶，等.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［J］.洁净煤技术，2022,28(5):81-86.
ZHU Lihua,ZHANG Yue,TIAN Yaoyao,et al.Effects of power supply parameters and gas composition on transformation of coal bed methane by low-temperature plasma［J］.Clean Coal Technology，2022,28(5):81-86.
相关专题

这篇文章属于“双碳时代CH4资源化利用关键技术”专题（6篇）

这篇文章属于“碳一化学”专题（22篇）
图表

试验流程

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输入电压对CH4转化率和主要生成物产率的影响

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放电频率对CH4转化率及主要生成物产率的影响

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CH4体积分数对CH4转化率及产物产率的影响

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不同反应体系发射光谱谱图

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活性粒子和活性自由基的反应历程

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