热等离子体在化工应用中的一些基本问题的研究

摘要

随着等离子体技术的不断发展和完善，等离子体技术被越来越广泛地应用于各种领域，如能源、信息、材料、化工、物理医学、军工、航天等，并取得许多令人鼓舞的成果。等离子体与化学关联而形成等离子体化学，这门新的交叉学科直至发展为等离子体化工体系。 由于热等离子体技术具有高温、高焓、可控等优点，该技术在化工领域显示了其巨大的应用价值。例如：等离子体热解碳氢化合物制乙炔、处理有毒废物、重整甲烷制合成气，在石油日趋枯竭，环保提上日程的背景下，一定具有广阔的发展前景。这些应用大多涉及化学反应和化工过程，因此，揭示在等离子体特殊状态下化学反应和化工过程的新特点和新规律，对于低温等离子体应用基础研究显得尤其重要。 本文以等离子体在化工应用中的一些基本问题为研究目标，主要从事了以下三个方面的研究工作：(1)热等离子体化学反应的模拟计算。系统分析了等离子体热解煤粉制乙炔的化学成分，氧、氮、氩对乙炔产额的影响以及生产乙炔的能耗；(2)热等离子体诊断设备焓探针的研制及其使用。为了进一步了解热等离子体反应器中的化学和物理过程，就反应器中的特殊性，我们利用现代测控技术搭建了一套可用于多组分复杂气体焓值测量的焓探针测量系统。并将研制的焓探针测量系统应用到氮等离子体热解甲烷反应腔中，测量热解气体的焓值并就其可行性进行研究讨论；(3)介绍氢等离子体热解煤制乙炔的实验装置及其实验结果，并对实验结果进行分析。

目录

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摘要

引言

第一章：热等离子体化学反应的数值模拟计算

1.1概述

1.2化学平衡计算方法和化学动力学计算方法的介绍

1.2.1化学平衡计算的理论介绍

1.2.2化学动力学计算的理论介绍

1.3氢等离子体热解煤制乙炔的模拟计算

1.3.1氢等离子体热解煤制乙炔的化学组分的计算

1.3.2不同煤氢比及气体元素(氧、氮、氩)对乙炔浓度的影响

1.3.3氢等离子体热解煤制乙炔的能耗的理论计算

1.4热等离子体重整CO2和CH4制合成气的模拟计算

1.4.1 CO2和CH4在不同温度下的组分的模拟计算

1.4.2热等离子体重整CO2和CH4制合成气的能耗的计算

1.5本章小结

第二章：热等离子体焓值测量设备的研制及使用

2.1概述

2.2用于多组分复杂气体焓值测量的快速焓探针的研制

2.2.1用于多组分复杂气体焓值测量的焓探针的测量原理

2.2.2用于多组分复杂气体焓值测量的快速焓探针的搭建

2.3该焓探针测量系统的实验校验及应用

2.3.1 30KW直流电弧氮气等离子体热解天然气的反应器

2.3.2焓探针测量系统在单组分气体焓值测量中的实验检验

2.3.3焓探针在氮等离子体热解甲烷反应器(多组分复杂气体)中的应用

2.4本章小结

第三章：氢等离子体热解煤粉制乙炔的实验及分析

3.1 2兆瓦氢等离子体炬热解煤制乙炔的实验装置

3.2取样及检测系统的搭建

3.3实验结果及对此次实验的分析

3.3.1气体的化学成分

3.3.2就此次实验的化学平衡计算及分析

3.4本章小结

对未来工作的展望

参考文献

致谢