在直流放电等离子体中甲烷转化为碳二烃的研究

摘要

本文研究了在直流放电条件下甲烷等离子体转化为碳二烃的规律。实验采用光电光谱技术检测甲烷的分解和碳二烃的形成。甲烷成分的变化，以2.3μm左右的谱线强度作为标志；碳二烃选用3.2μm左右的谱线作为标志。实验还测量了甲烷在直流放电等离子体中的分解中间产物H(654.3nm)及CH(431.25nm)自由基的发射光谱。比较了纯甲烷和天然气在直流放电等离子体中的分解规律。研究发现：甲烷的压力与电流密度对甲烷的分解和碳二烃的形成有较复杂的影响；甲烷的分解可以分为三个阶段：甲烷的强烈分解区、过渡区和准平衡区：甲烷的分解快速短暂，需要的电场强度高，在1分钟内甲烷的主要分解过程已经完成；而碳二烃的形成相对缓慢，在3分钟左右达到饱和，且不宜在强电场区聚合。这说明直流放电等离子体对甲烷的分解是非常有效的，而要形成碳二烃，则要有合适的时间使分解的自由基和原子有足够的碰撞次数才能实现。

目录

文摘

英文文摘

西北大学学位论文知识产权声明书及独创性声明

前言

第一章天然气

1.1天然气的概念

1.2我国天然气资源的分布

1.3天然气的分类

1.3.1按油气藏分类来分

1.3.2按烃类的组分来分

1.4天然气的物理化学性质

1.4.1天然气的物理性质及组分

1.4.2实验所用天然气的性质

1.5天然气的应用

1.5.1天然气的间接转化

1.5.2天然气的直接转化

第二章等离子体和等离子体化学

2.1等离子体

2.2等离子体的生成

2.2.1自然界中的等离子体

2.2.2人工发生的等离子体

2.3等离子体的判据

2.3.1德拜屏蔽

2.3.2朗格缪尔振荡

2.3.3等离子体参量

2.3.4等离子体判据

2.4等离子体的特征

2.4.1粒子密度和电离度

2.4.2粒子温度

2.5等离子体的分类

2.5.1按体系温度来分

2.5.2按照产生电离的不同放电方式来分

2.6等离子体的诊断

2.7等离子体化学

2.8等离子体的应用

第三章辉光放电等离子体

3.1主要放电形式

3.2辉光放电

3.2.1等离子体中的碰撞过程

3.2.2辉光放电的特性

3.2.3辉光放电等离子体中甲烷的自由基反应

第四章光谱及其测量

4.1能态与激励

4.1.1原子的能态

4.1.2分子的内能

4.1.3等离子体辐射

4.1.4激励方式

4.2光谱的测量

4.2.1谱线强度

4.2.2谱线强度的影响因素

4.3几种物质的特征谱线

4.3.1甲烷及碳二烃的光谱

4.3.2氢的光谱

4.3.3自由基的光谱

第五章实验设计及实验结果

5.1实验参数的选择

5.1.1甲烷等离子体的发生方法

5.1.2压力的选择

5.1.3真空系统

5.1.4放电管

5.1.5光谱的产生及测量

5.2实验流程

5.3实验结果

5.3.1甲烷的分解规律

5.3.2碳二烃的生成规律

5.3.3氢自由基的形成规律

5.3.4次甲基的形成规律

5.4结论

参考文献

致谢