冷等离子体裂解甲烷制C2烃动力学分析及模拟

摘要

研究在冷等离子体条件下甲烷裂解并偶联产生C2烃的反应机理.应用碰撞理论和玻尔兹曼分布计算了CH4被高能电子裂解为CH3,CH2,CH和H等自由基的速率常数与电子温度的关系.常温常压下,对49个反应构成的复杂体系进行动力学分析,数值模拟了不同的电子密度及电子温度下,甲烷、乙烯、乙炔等12种粒子的密度随反应时间的演变.结果表明:电子密度及电子温度越大,甲烷的转化率越高;当电子温度为1.5 eV, 电子密度在1011～1013cm-3之间变化时,甲烷的转化率接近100%,C2烃的总选择性接近100%,达到平衡的时间为35 ms到650ms.